双涵道风扇垂直起降飞行器的设计与实现

发布时间：2017-03-17 18:01

  本文关键词：双涵道风扇垂直起降飞行器的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,小型无人飞行器的研制在民用以及国防领域取得了很大的发展,拥有广阔的应用前景。本文所研究双涵道风扇垂直起降飞行器采用双涵道风扇作为飞行器的动力输出,通过改变涵道体的转速以及倾转角实现飞行器的控制。基于这款自主研发的新型双涵道风扇无人飞行器,本文分析了它的机械结构特点,通过分析机体和各部件的气动特性为其建立了数学模型,并进行数值仿真验证了其模型正确性。最后设计了飞行器的控制器,并验证了其可行性和有效性,为实验室今后此种类型飞行器的研究积累一定的经验和数据。本文首先通过查阅文献和资料,对比分析大量涵道飞行器的研制经验,设计并研制了新型的双涵道飞行器机械系统。接着,介绍了在该新型双涵道飞行器上搭载的飞行控制软硬件系统。然后,通过细致的分析双涵道飞行器的动力学特性,建立了其非线性数学模型。之后,通过对双涵道飞行器的非线性模型进行数值仿真的方法,验证其合理性和正确性。最后,设计了双涵道飞行器的控制器系统并验证了其可行性和有效性。
【关键词】：无人飞行器 双涵道 数学建模 数值仿真 控制器设计
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V275
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究目的与意义9-10
• 1.2 涵道飞行器发展和设计选择10-16
• 1.2.1 涵道飞行器发展概况10-13
• 1.2.2 双涵道飞行器发展概况13-16
• 1.3 双涵道飞行器飞行控制技术介绍16-17
• 1.4 本文主要研究内容及安排17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第二章 机械结构及飞控软硬件设计19-30
• 2.1 涵道飞行器特点分析19-20
• 2.2 涵道飞行器机械结构设计20-25
• 2.2.1 机械结构数据20-22
• 2.2.2 涵道飞行器的构型特点22-23
• 2.2.3 双涵道飞行器的操纵系统23-25
• 2.2.4 双涵道飞行器结构优点分析25
• 2.3 飞控硬件介绍25-28
• 2.3.1 飞控电子仓部分26-27
• 2.3.2 传感器部分27
• 2.3.3 通讯部分27-28
• 2.3.4 控制芯片部分28
• 2.4 飞行器软件系统设计28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 双涵道飞行器数学建模30-47
• 3.1 小型无人机建模技术概况30
• 3.2 坐标系介绍和转换30-35
• 3.2.1 坐标系描述31-33
• 3.2.2 姿态描述33-35
• 3.3 双涵道飞行器建模35-46
• 3.3.1 双涵道飞行器局部建模35-40
• 3.3.2 牛顿-欧拉方程40-41
• 3.3.3 双涵道飞行器沿质心运动方程41-42
• 3.3.4 双涵道飞行器绕质心运动方程42-43
• 3.3.5 双涵道飞行器外力和合外力矩分析43-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 双涵道飞行器的数值仿真47-57
• 4.1 双涵道飞行器的仿真准备47-48
• 4.1.1 参数测量47
• 4.1.2 配平点计算47-48
• 4.2 双涵道飞行器的仿真分析48-56
• 4.2.1 仿真方法介绍48-50
• 4.2.2 四通道仿真与分析50-56
• 4.3 本章小结56-57
• 第五章 双涵道飞行器控制器设计与分析57-72
• 5.1 双闭环PID控制器设计57-66
• 5.1.1 PID算法基础57-58
• 5.1.2 调参基本规律58-59
• 5.1.3 控制器设计思路59-60
• 5.1.4 控制器具体实现60-61
• 5.1.5 仿真结果分析61-66
• 5.2 LQR控制器设计66-71
• 5.2.1 LQR设计方法的基本原理66-68
• 5.2.2 平衡点附近的线性化68-70
• 5.2.3 LQR内环控制器设计70-71
• 5.3 本章小结71-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78
• 附件78

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