旋翼飞行机械臂控制系统设计及仿真测试

发布时间：2017-10-09 18:28

  本文关键词：旋翼飞行机械臂控制系统设计及仿真测试

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【摘要】：旋翼飞行机械臂(rotorcraft aerial manipulator,RAM)系统是一种可进行飞行操作的旋翼无人机,其中包含旋翼飞行器和一个三自由度的飞行机械臂,RAM系统的作用是实现旋翼飞行器在悬停状态下对目标物体的自主操作。是一种新概念的用于飞行操作的无人机系统。对于旋翼飞行机械臂系统来说,由于有直升机、机械臂和物体间相互作用的动力学问题,就让旋翼飞行机械臂系统精确的建模和控制变得较为困难。因此,旋翼飞行机械臂系统能否准确完成操作任务很大程度上取决于控制系统的准确性。本文研究的主要内容是根据RAM系统的控制要求,设计基于神经网络补偿的动态逆自主飞行控制系统。首先对RAM系统进行了整体动力学建模,并依据“小扰动”原理分析了系统的开环响应特型。然后基于系统的整体动力学模型,根据动态逆理论,设计了系统的姿态和轨迹控制律,并根据神经网络理论设计控制系统误差补偿器,给出神经网络在线学习调整算法。最后利用VS2010软件编程实现系统控制律算法,并依照ADS-32D飞行品质规范,通过水平垂直飞行与障碍滑雪科目,对控制系统进行了仿真验证。验证了姿态及轨迹控制系统的准确性与可靠性,为下一步试飞做了准备。
【关键词】：旋翼无人机 飞行机械臂 逆系统 神经网络 飞行仿真
【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】：2016
【分类号】：V275.1;V249.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 旋翼飞行机械臂系统发展历史11-14
• 1.1.1 国外研究现状12-13
• 1.1.2 国内研究现状13-14
• 1.2 RAM系统控制方法研究现状14-16
• 1.2.1 动态逆控制理论15
• 1.2.2 神经网络控制15-16
• 1.3 本文研究内容16-18
• 第二章 机械臂设计18-25
• 2.1 机械臂设计要求18
• 2.2 机械臂系统工作原理及组成18-19
• 2.3 执行机构设计19-22
• 2.3.1 夹持机构设计19-20
• 2.3.2 转向机构设计20-21
• 2.3.3 收放机构设计21
• 2.3.4 传感器设计21-22
• 2.4 驱动及控制系设计22-23
• 2.5 机械臂参数说明23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 第三章 飞行控制系统设计25-33
• 3.1 RAM系统整体动力学建模25-27
• 3.2 RAM模型开环响应分析27-30
• 3.3 飞行控制系统结构30-32
• 3.3.1 姿态控制系统31
• 3.3.2 轨迹控制系统31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 姿态控制系统设计33-51
• 4.1 逆系统原理说明33-35
• 4.1.1 逆系统基本原理33
• 4.1.2 逆系统求解33-35
• 4.2 神经网络原理35-36
• 4.3 姿态控制系统设计36-45
• 4.3.1 姿态参考模型37-39
• 4.3.2 旋转动力学逆控制器39-41
• 4.3.3 神经网络误差补偿器41-45
• 4.4 姿态控制系统仿真45-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第五章 轨迹控制系统设计51-58
• 5.1 平移动力学逆控制器52-53
• 5.2 线性控制器和误差补偿器设计53
• 5.3 自主轨迹控制系统仿真53-56
• 5.3.1 不加神经网络补偿器54-55
• 5.3.2 加神经网络补偿器55-56
• 5.4 本章小结56-58
• 第六章 飞控系统仿真实验58-68
• 6.1 飞行仿真软件开发58-60
• 6.1.1 仿真软件结构设计58-59
• 6.1.2 自主飞行仿真软件59-60
• 6.2 无人机机动飞行仿真60-66
• 6.2.1 水平垂直机动飞行仿真60-63
• 6.2.2 障碍滑雪机动飞行仿真63-66
• 6.3 本章小结66-68
• 第七章 全文总结与展望68-70
• 7.1 研究工作总结68
• 7.2 工作展望68-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

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2 尹江辉,刘昶,王立新;模糊神经网络在过失速机动飞行中的应用[J];飞行力学;2001年01期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 王俊国;基于神经网络的建模方法与控制策略研究[D];华中科技大学;2004年

2 张锐;武装直升机大机动、高敏捷性神经网络鲁棒自适应飞行控制研究[D];南京航空航天大学;2002年

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中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 陈海;无人机自主控制综述及自主着陆控制系统设计[D];西北工业大学;2007年

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本文编号：1001738