变距四旋翼的姿态控制与航迹规划

发布时间：2020-04-11 08:34

【摘要】：四旋翼飞行器具有结构简单、悬停性能良好、操控性好等突出特点,是目前无人机领域的热门。与微小型的娱乐无人机不同,工业级多旋翼无人机广泛采用了变桨距变转速控制技术,具有更好的气动效率和续航能力。本文针对物流运输应用模式,开展变距变转速控制与航迹规划研究,对于工业级多旋翼无人机应用具有重要的实用价值。首先,本文以课题组制作的50公斤变距四旋翼试验样机为研究对象,利用叶素和滑流理论相结合建立了旋翼气动性能与功率特性分析方法,以此为基础发展了变距四旋翼飞行动力学模型;并对旋翼性能进行了实验测量与计算对比研究,提高了模型的可靠性。然后,基于PID控制方法,设计了无人机的姿态控制、位置控制环路,在Matlab Simulink环境中搭建仿真模型,并实现Matlab与Flightgear联合仿真。最后,以无人机物流配送为应用场景,通过蚁群算法建立了全局路径规划方法,获得了最优的配送顺序;然后利用微分平坦理论引入动力学约束条件,以最小耗能与耗时为目标,筛选出可实际飞行的方案;最后基于栅格法建立了局部动态规划方法,赋予无人机实时避障等能力。
【图文】：

图 1. 1 “察敌”XM20 变距四旋翼2015 年 5 月浩恒征途团队采用单台发动机通过皮带传动，一分四的传递方式来设计研发如图 1.2 所示的油动变距四旋翼。油箱最大可装载 16 升燃油，可实现 30 分钟载重 25 公斤飞行的任务需求。

图 1. 2 油动变距四旋翼一架无人机的功能毕竟是有限的。如果采用多架无人机组合，，那将发挥更大的作用和价值。最近美国麻省理工学院开发无人机集群控制算法，使得无人机群以离完美的编队飞行这一梦想又接近了一步，可实现 80 架有效配合。新的原型无人机（如图 1.3 所示）同时具备空中飞行和地面行驶的两种能力。这种无人机以优化电池续航、速度和效率等因素为目标，遵从计算结果
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V279;V249

【参考文献】

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本文编号：2623378