小型倾转四旋翼无人机飞行控制研究

发布时间：2020-04-21 04:22

【摘要】：为解决常规四旋翼无人机前飞速度慢、续航时间短,固定翼飞行器无法垂直起降和悬停的不足,本课题主要研究并设计了一种串列翼布局,兼具固定翼无人机和多旋翼无人机飞行优点的小型倾转四旋翼QTR无人机,具体的研究内容主要总结为如下几个方面:设计了QTR无人机的三维模型并制作了相应的物理原型机。通过Profili软件确定了QTR无人机适合采用的翼型,并得出了其不同攻角下的升阻系数。随后利用ANSYS流体分析软件对基于NACA0009翼型的串列翼布局进行了气动分析,确定了整体的气动构型,并基于Catia设计了精确的QTR无人机三维模型,加工制作了QTR物理原型机并进行分析。研究了小型倾转四旋翼无人机QTR的工作原理及其动力学和运动学模型。根据所设计QTR无人机的执行机构特性,分析了其各类位姿运动实现的方法。通过对QTR无人机对象模型的气动特性、动力学特性等的分析,选取了合适的坐标系及状态量对QTR无人机进行了动力学和运动学建模,为其控制奠定了基础。设计了QTR无人机姿态和位置跟踪的控制律及倾转过渡阶段的控制策略。基于所建立的QTR动力学和运动学模型给出了控制系统的总体结构;其次研究了鲁棒伺服线性二次型最优控制理论的相关内容,并分别基于鲁棒伺服线性二次型最优控制理论和PID设计了姿态环和位置环的控制律;最后针对QTR飞行过程中的倾转过渡阶段设计了控制策略。对所设计控制律及物理原型机进行了实验验证。为了获得更为直观的仿真效果,基于多平台飞行模拟器FlightGear软件进行了Matlab和FlightGear的联合仿真,实现了仿真实验的可视化。最后,通过相关试验对QTR原型机进行了验证。
【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;V249.1

【参考文献】

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本文编号：2635356