油动四旋翼无人机设计与实现

发布时间：2020-05-30 12:55

【摘要】：针对无人机行业应用面临的续航和载重能力不足的瓶颈问题,本文给出了一种油动发电多旋翼无人机的整体设计和工程实现方法,并针对导航定位、飞行控制、电机驱动等关键技术问题展开研究,主要工作如下:(1)针对现有惯性传感器校准方法精度低、现场校准困难,往往需要辅助校准装置提供基准等问题,提出一种基于高斯牛顿迭代优化方法的惯性传感器无依托校准方法。实验结果表明,该方法比基于线性最小二乘的椭球拟合法精度更高。(2)针对现有自适应姿态融合方法普遍存在模型非线性严重、计算量大、系统噪声需要在线估计、未考虑陀螺仪零漂等问题,提出一种改进的自适应扩展卡尔曼姿态估计方法,并介绍了卡尔曼高度位置融合原理,实验结果验证了方法和原理的有效性。(3)对油动无人机进行了动力学建模分析,结合实测数据给出了解耦的线性化模型,并基于线性矩阵不等式对无人机姿态控制设计了多目标动态输出反馈控制器,通过仿真实验进行了验证。结果表明,该控制器具有良好的跟踪能力和鲁棒性。(4)分析了永磁无刷电机的直流等效模型在能量转化链优化设计中的作用,并通过理论分析和实测数据给出了其直流等效数学模型。然后,对永磁无刷电机的无感驱动问题,设计了一种无感状态观测器,并通过仿真实验验证了其有效性。(5)构建了油动多旋翼无人机整机实验平台,并介绍了系统硬件电路和上位机软件等主要组成部分。最后通过户外飞行实验对无人机姿态闭环控制和高度闭环控制进行了验证。
【图文】：

无人机

1 绪论.1 课题研究背景与意义无人机（Uncrewed vehicle、Unmannedvehicle 或 Drone）又称无人载具，是一搭载人员的载具。通常使用遥控、导引或自动驾驶来控制。可在科学研究、场地、军事、休闲娱乐用途上使用。无人机可分为无人地面载具（UGV）、无人飞行（UAV）、无人海面载具（USV）、无人水下载具（UUV）和无人太空载具。在日语中，无人机被特指为无人飞行载具。本文所讨论的无人机全部等同于无行载具（UAV）。当前，，由于不同无人机系统在尺寸、质量、航程、航时、飞行高度、飞行速度务等方面存在较大差异，没有统一的分类标准[1]。无人机按用途一般可分为军用机（图 1.1）和民用无人机（图 1.2）。军用无人机主要用于侦察、打击、电子干通信中继等；民用无人机则可用于航拍、货运、巡查/监视、农林植保、气象监测质勘探以及测绘等。由于军用无人机技术水平高、系统复杂、造价高昂和涉密等，本文只讨论民用无人机。

无人机,重量,军用无人机,无人飞行

1 绪论.1 课题研究背景与意义无人机（Uncrewed vehicle、Unmannedvehicle 或 Drone）又称无人载具，是一搭载人员的载具。通常使用遥控、导引或自动驾驶来控制。可在科学研究、场地、军事、休闲娱乐用途上使用。无人机可分为无人地面载具（UGV）、无人飞行（UAV）、无人海面载具（USV）、无人水下载具（UUV）和无人太空载具。在日语中，无人机被特指为无人飞行载具。本文所讨论的无人机全部等同于无行载具（UAV）。当前，由于不同无人机系统在尺寸、质量、航程、航时、飞行高度、飞行速度务等方面存在较大差异，没有统一的分类标准[1]。无人机按用途一般可分为军用机（图 1.1）和民用无人机（图 1.2）。军用无人机主要用于侦察、打击、电子干通信中继等；民用无人机则可用于航拍、货运、巡查/监视、农林植保、气象监测质勘探以及测绘等。由于军用无人机技术水平高、系统复杂、造价高昂和涉密等，本文只讨论民用无人机。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279

【参考文献】