倾转四旋翼飞行器短舱倾转过程控制技术研究

发布时间：2017-03-30 11:18

  本文关键词：倾转四旋翼飞行器短舱倾转过程控制技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：倾转四旋翼无人机是一种新型无人机,它结合了直升机垂直方向起落的特点以及固定翼涡轮飞机巡航速度快,航程远的特点,不仅对飞行场地的要求大大降低,而且还能够在大的载重量的情况下在更大的范围内飞行,这也是近些年来人们将目光逐渐转移到这类新型飞机上的原因。但是系统设计的难度并不是两种飞机难度的简单相加,由于其具有四个旋翼,并且存在各种干扰和耦合,那么对倾转旋翼无人机的设计难度将是空前巨大的。本文在小型倾转四旋翼无人机模型上对短舱倾转阶段的控制系统进行设计研究。首先要明确倾转四旋翼无人机的飞行原理,即在从垂直起飞模式进入到短舱倾转过渡阶段最后到平飞阶段的相互转换,并给出在垂直起飞模式和短舱倾转模式调整无人机俯仰,滚转和偏航姿态的操纵方案与策略,根据操纵策略确定无人机的速度和短舱倾转角的过渡走廊曲线。然后对倾转四旋翼无人机的数学模型进行建立,首先在单个螺旋桨的情况下进行受力分析,接着对无人机的整体进行受力分析,并在机体坐标系,速度坐标系和地面坐标系下进行动力学方程和运动学方程的推导。接着通过实验确定无刷电机,电机驱动以及舵机的传递函数,并利用多回路的方法对直升机阶段和短舱倾转阶段的控制律进行设计。在对直升机模式的控制系统设计时采用经典超前校正法,短舱倾转阶段由于参数变化,因此采取模糊PID控制方法。并分别进行仿真,满足系统要求。最后选取主控制器ADu C7026以及各种传感器和执行器硬件,并进行电路的设计。在Keil编译环境下对控制律以及各种接口的程序进行编写。对陀螺仪噪声的去除以及加速度计对陀螺仪零漂的修正进行了验证,测试结果达到初始要求,能够使无人机平稳过渡。
【关键词】：倾转四旋翼无人机 短舱倾转 模糊PID ADuC7026
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.12
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 引言8
• 1.2 课题研究的背景以及意义8-11
• 1.2.1 研究背景8-11
• 1.2.2 研究的意义11
• 1.3 倾转旋翼飞行器国内外研发状况11-16
• 1.3.1 国外研究现状11-14
• 1.3.2 国内研究现状14-16
• 1.4 主要研究的内容16-17
• 第2章 倾转四旋翼无人机过渡段飞行原理与方案17-23
• 2.1 无人机过度段飞行原理17
• 2.2 操纵方案17-21
• 2.2.1 直升机模态操纵策略18-19
• 2.2.2 短舱倾转模态操纵策略19-21
• 2.3 本章小结21-23
• 第3章 系统模型的建立23-32
• 3.1 引言23
• 3.2 倾转四旋翼无人机坐标系的建立23-25
• 3.3 单个螺旋桨的力学分析25-26
• 3.4 倾转四旋翼无人机整体的力学分析26-30
• 3.4.1 直升机模式的力学模型的建立26-29
• 3.4.2 短舱倾转阶段数学模型的建立29-30
• 3.5 本章小结30-32
• 第4章 控制系统的设计32-55
• 4.1 引言32
• 4.2 传递函数的确定32-36
• 4.3 控制系统的设计36-54
• 4.3.1 直升机模式控制系统的设计36-47
• 4.3.2 短舱倾转模式控制器设计47-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 无人机系统的硬件设计55-64
• 5.1 引言55
• 5.2 系统硬件设计的总体结构55-56
• 5.3 控制器硬件结构56-58
• 5.4 传感器硬件58-61
• 5.4.1 陀螺仪器件和加速度计器件58-60
• 5.4.2 超声波高度计和气压式高度计60-61
• 5.5 指令信号的发送与接收61-62
• 5.6 执行机构和电源系统62-63
• 5.7 本章小结63-64
• 第6章 无人机系统的软件设计及系统测试64-73
• 6.1 引言64
• 6.2 无人机软件设计64-69
• 6.2.1 无人机软件设计总流程64-66
• 6.2.2 遥控器指令信号接收程序设计66-67
• 6.2.3 I2C数据通信的设计67-68
• 6.2.4 SPI数据通讯的设计68-69
• 6.3 系统测试69-71
• 6.3.1 陀螺仪数字滤波去噪声69-70
• 6.3.2 加速度计对陀螺仪的修正70-71
• 6.4 实际系统飞行调试71-72
• 6.5 本章小结72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 王琦;曾祥伟;;倾转旋翼机旋翼/机翼气动干扰研究[J];飞行力学;2013年05期

2 沙虹伟;陈仁良;;倾转旋翼机飞行力学特性[J];航空动力学报;2012年04期

3 曹芸芸;陈仁良;;倾转旋翼飞行器的操纵策略和配平方法[J];南京航空航天大学学报;2009年01期

4 徐敏;;倾转旋翼机的发展与关键技术综述[J];直升机技术;2003年02期

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中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 林浩;模糊PID控制器仿真研究[D];贵州大学;2006年

2 丁坚;模糊PID控制器的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

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本文编号：276995