地面效应与控制参数对多旋翼无人机飞行性能影响研究

发布时间：2017-03-23 03:17

  本文关键词：地面效应与控制参数对多旋翼无人机飞行性能影响研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：多旋翼无人机已在军用民用等领域广泛应用,目前已成为国内外研究机构的热门课题。目前对多旋翼无人机的研究主要集中在控制算法和外部硬件上,而对其地面效应研究很少。本文结合PID控制算法的控制原理对多旋翼无人机地面效应进行研究并通过飞行试验进行验证。本文通过选型确定X型四旋翼无人机,简单分析其飞行原理,并简化条件进行数学建模和动力学建模,之后进行四旋翼无人机的软硬件设计,绘制电路原理图和PCB图,并手工焊接和组装调试飞行,完成无人机测试平台搭建。利用搭建的平台分析控制参数对飞行性能的影响,主要通过滚转角φ、俯仰角θ、偏航角ψ和高度的控制体现,之后进行matlab仿真获得最优控制参数并进行飞行测试验证。飞行过程中时常受到地面效应影响,最后,通过分析其地面效应后,选取PIV测试系统进行地面效应流场测试,并通过飞行试验验证,结果验证此测试平台和测试方法的可行性。通过对地面效应研究发现,在3倍旋翼半径的相对离地高度范围内,旋翼升力系数变化剧烈。通过PIV测试系统测试得到旋翼尾流经过地面的阻滞后,流速急剧上升,涡量也相应增大。
【关键词】：多旋翼无人机 系统设计 PID 地面效应 PIV
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-13
• 1.1 国内外多旋翼无人机研究现状7-10
• 1.2 国内外地面效应的研究现状10-12
• 1.3 本文研究的主要内容12-13
• 2 多旋翼无人机建模13-22
• 2.1 多旋翼无人机种类及选型13-15
• 2.2 多旋翼无人机飞行原理15-16
• 2.3 多旋翼无人机姿态表示16-18
• 2.3.1 坐标系选取和建立16-17
• 2.3.2 欧拉角17-18
• 2.4 多旋翼无人机动力学建模18-21
• 2.5 本章小结21-22
• 3 多旋翼无人机系统分析与设计22-33
• 3.1 总体设计22-23
• 3.2 器件选型23-32
• 3.2.1 机架选型23-25
• 3.2.2 电机选型25
• 3.2.3 旋翼选型25-27
• 3.2.4 电机驱动器选型27
• 3.2.5 传感器选型27-30
• 3.2.6 电池选型30
• 3.2.7 单片机最小系统30-32
• 3.3 本章小结32-33
• 4 飞行姿态控制系统设计及实验分析33-49
• 4.1 姿态读取33-36
• 4.2 多旋翼无人机控制参数影响及仿真分析36-42
• 4.2.1 PID控制原理37-39
• 4.2.2 滚转角控制39-40
• 4.2.3 俯仰角控制40-41
• 4.2.4 偏航角控制41
• 4.2.5 高度控制41-42
• 4.3 飞行测试与实验数据分析42-48
• 4.3.1 姿态方位测试系统42-44
• 4.3.2 转速测试传感器44
• 4.3.3 试验数据分析44-48
• 4.4 本章小结48-49
• 5 多旋翼无人机地面效应原理与测试分析49-65
• 5.1 地面效应原理49-51
• 5.1.1 固定翼地面效应49-50
• 5.1.2 旋翼地面效应50-51
• 5.2 多旋翼无人机地面效应PIV测试51-58
• 5.2.1 PIV测试系统52-54
• 5.2.2 PIV实验操作过程54-56
• 5.2.3 PIV实验结果分析56-58
• 5.3 多旋翼无人机地面效应飞行测试与分析58-64
• 5.3.1 斜面悬停地面效应58-60
• 5.3.2 水平面悬停地面效应60-63
• 5.3.3 斜面悬停地面效应63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 结论与展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71
• 附录71

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