陆空两栖旋翼式无人机结构设计与控制算法研究
发布时间：2020-12-21 23:28
无人机因其便利、可靠的特点在许多领域内得以应用。在此背景下,本文提出了一种陆空两栖旋翼式无人机,并围绕其机械结构设计、飞行动力学模型建立、控制算法等方面展开了研究。针对无人机飞行空间的限制问题,提出了一种陆空两栖旋翼式机械结构的无人机。通过设计一种双轮式行走机构与普通无人机相结合,从而实现无人机陆地行走的目的。同时由于此机构的存在,能够对无人机起到一定的保护作用。对整个系统中关键性部件进行了有限元分析,结果表明结构设计满足整个系统的工作要求。通过一定合理的假设与简化,根据空气动力学知识以及一般动力学的知识构建了一种无人机的飞行动力学模型。具体分析无人机的动力学模型并参考相关文献后采取了一种双层循环控制框架。此框架外层为PID控制器,用来控制无人机的位置运动。内层框架是一种基于T-S模糊控制器模型的滑模控制器,用来实现无人机姿态角的控制目的。最后完成了无人机硬件与软件的设计与搭建。通过在MATLAB/SIMULINK中对无人机飞行算法的仿真,验证了本文提出的控制算法的可行性以及优点。并通过实验验证了陆空两栖旋翼式无人机陆地行走能力。
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３机械蝙蝠（左）及球形飞行器（右）??
：?１．１??图２．２陆空两栖旋翼式无人机系统陆地前进示意图??通过图２．２可知，当内部无人机具有一定俯仰角度之后，其电机提供的真实升力会??分解为水平方向的一个推进力以及向上的升力。其推进力可以驱动外部的双轮行走机构??的路面运动，而向上的部分升力可以抵消整个系统的一定重力，从而减小与地面的摩擦??力。??伞?＾—?个?一＾?Ｋ??ｊｙＳ８Ｂ８９８８ｗＢＳＢＨＢ８Ｂ??ｆ?ｔ??图２．３陆空两栖旋翼式无人机系统陆地转向示意图??由于无人机旋翼与空气之间的空气阻力作用，当四个旋翼的转速不同的时候，整个??系统会受到一个转轴为垂直方向的转矩，从而能够为陆空两栖旋翼式无人机提供在陆地??行驶时的转向力。??一般的无人机系统运动动力学模型，以及系统控制输入与输出之间的关系比较复杂。??上文中只是对其做了最简单的描述，目的在于阐述陆空两栖旋翼式无人机陆地行驶的方??式以及其可行性。在后面章节中为了给控制系统做服务，会将相关内容详细分析与描述。??通过上述的分析，本文提出了一种为满足课题要求的陆空两栖旋翼式无人机整体布局方??案
两栖旋翼式无人机在不同状态下的运动分析状况：??：?１．１??图２．２陆空两栖旋翼式无人机系统陆地前进示意图??通过图２．２可知，当内部无人机具有一定俯仰角度之后，其电机提供的真实升力会??分解为水平方向的一个推进力以及向上的升力。其推进力可以驱动外部的双轮行走机构??的路面运动，而向上的部分升力可以抵消整个系统的一定重力，从而减小与地面的摩擦??力。??伞?＾—?个?一＾?Ｋ??ｊｙＳ８Ｂ８９８８ｗＢＳＢＨＢ８Ｂ??ｆ?ｔ??图２．３陆空两栖旋翼式无人机系统陆地转向示意图??由于无人机旋翼与空气之间的空气阻力作用，当四个旋翼的转速不同的时候，整个??系统会受到一个转轴为垂直方向的转矩，从而能够为陆空两栖旋翼式无人机提供在陆地??行驶时的转向力。??一般的无人机系统运动动力学模型，以及系统控制输入与输出之间的关系比较复杂。??上文中只是对其做了最简单的描述，目的在于阐述陆空两栖旋翼式无人机陆地行驶的方??式以及其可行性。在后面章节中为了给控制系统做服务，会将相关内容详细分析与描述。??通过上述的分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]微小型球形飞行器飞行控制系统设计[J]. 张辉,肖大华,韩宝玲,牛锴,司世才. 计算机测量与控制. 2015(07)
[2]基于视觉的四旋翼无人机自主定位与控制系统[J]. 曹美会,鲜斌,张旭,文曦. 信息与控制. 2015(02)
[3]四旋翼飞行器模糊PID姿态控制[J]. 张镭,李浩. 计算机仿真. 2014(08)
[4]小型无人机机载两轴云台设计与实现[J]. 杨润,闫开印,马术文. 自动化与仪器仪表. 2014(07)
[5]输电线路巡检无人机高精度云台设计与实现[J]. 黄宵宁,郑伟,许家浩,王娇,杨成顺. 电子测量技术. 2014(04)
[6]四旋翼飞行器分散PID神经元网络控制[J]. 陈彦民,何勇灵,孔令博,周岷峰. 中国惯性技术学报. 2014(02)
[7]基于四元数互补滤波的无人机姿态解算[J]. 吕印新,肖前贵,胡寿松. 燕山大学学报. 2014(02)
[8]高速路监视器云台设计及其动力学仿真[J]. 赵永胜,王飞,安国平,杨文通. 机械设计与制造. 2009(11)
硕士论文
[1]基于四元数和卡尔曼滤波的姿态角估计算法研究与应用[D]. 陈伟.燕山大学 2015
[2]微小型球形飞行器的研究与设计[D]. 肖大华.北京理工大学 2015
[3]多维MEMS惯性传感器的姿态解算算法研究[D]. 刘星.哈尔滨工程大学 2013
[4]小型四旋翼低空无人飞行器综合设计[D]. 江斌.浙江大学 2013
[5]四旋翼无人机的导航与控制[D]. 钟佳朋.哈尔滨工业大学 2010
[6]微小型四旋翼无人直升机建模及控制方法研究[D]. 聂博文.国防科学技术大学 2006
本文编号：2930708
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３机械蝙蝠（左）及球形飞行器（右）??
：?１．１??图２．２陆空两栖旋翼式无人机系统陆地前进示意图??通过图２．２可知，当内部无人机具有一定俯仰角度之后，其电机提供的真实升力会??分解为水平方向的一个推进力以及向上的升力。其推进力可以驱动外部的双轮行走机构??的路面运动，而向上的部分升力可以抵消整个系统的一定重力，从而减小与地面的摩擦??力。??伞?＾—?个?一＾?Ｋ??ｊｙＳ８Ｂ８９８８ｗＢＳＢＨＢ８Ｂ??ｆ?ｔ??图２．３陆空两栖旋翼式无人机系统陆地转向示意图??由于无人机旋翼与空气之间的空气阻力作用，当四个旋翼的转速不同的时候，整个??系统会受到一个转轴为垂直方向的转矩，从而能够为陆空两栖旋翼式无人机提供在陆地??行驶时的转向力。??一般的无人机系统运动动力学模型，以及系统控制输入与输出之间的关系比较复杂。??上文中只是对其做了最简单的描述，目的在于阐述陆空两栖旋翼式无人机陆地行驶的方??式以及其可行性。在后面章节中为了给控制系统做服务，会将相关内容详细分析与描述。??通过上述的分析，本文提出了一种为满足课题要求的陆空两栖旋翼式无人机整体布局方??案
两栖旋翼式无人机在不同状态下的运动分析状况：??：?１．１??图２．２陆空两栖旋翼式无人机系统陆地前进示意图??通过图２．２可知，当内部无人机具有一定俯仰角度之后，其电机提供的真实升力会??分解为水平方向的一个推进力以及向上的升力。其推进力可以驱动外部的双轮行走机构??的路面运动，而向上的部分升力可以抵消整个系统的一定重力，从而减小与地面的摩擦??力。??伞?＾—?个?一＾?Ｋ??ｊｙＳ８Ｂ８９８８ｗＢＳＢＨＢ８Ｂ??ｆ?ｔ??图２．３陆空两栖旋翼式无人机系统陆地转向示意图??由于无人机旋翼与空气之间的空气阻力作用，当四个旋翼的转速不同的时候，整个??系统会受到一个转轴为垂直方向的转矩，从而能够为陆空两栖旋翼式无人机提供在陆地??行驶时的转向力。??一般的无人机系统运动动力学模型，以及系统控制输入与输出之间的关系比较复杂。??上文中只是对其做了最简单的描述，目的在于阐述陆空两栖旋翼式无人机陆地行驶的方??式以及其可行性。在后面章节中为了给控制系统做服务，会将相关内容详细分析与描述。??通过上述的分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]微小型球形飞行器飞行控制系统设计[J]. 张辉,肖大华,韩宝玲,牛锴,司世才. 计算机测量与控制. 2015(07)
[2]基于视觉的四旋翼无人机自主定位与控制系统[J]. 曹美会,鲜斌,张旭,文曦. 信息与控制. 2015(02)
[3]四旋翼飞行器模糊PID姿态控制[J]. 张镭,李浩. 计算机仿真. 2014(08)
[4]小型无人机机载两轴云台设计与实现[J]. 杨润,闫开印,马术文. 自动化与仪器仪表. 2014(07)
[5]输电线路巡检无人机高精度云台设计与实现[J]. 黄宵宁,郑伟,许家浩,王娇,杨成顺. 电子测量技术. 2014(04)
[6]四旋翼飞行器分散PID神经元网络控制[J]. 陈彦民,何勇灵,孔令博,周岷峰. 中国惯性技术学报. 2014(02)
[7]基于四元数互补滤波的无人机姿态解算[J]. 吕印新,肖前贵,胡寿松. 燕山大学学报. 2014(02)
[8]高速路监视器云台设计及其动力学仿真[J]. 赵永胜,王飞,安国平,杨文通. 机械设计与制造. 2009(11)
硕士论文
[1]基于四元数和卡尔曼滤波的姿态角估计算法研究与应用[D]. 陈伟.燕山大学 2015
[2]微小型球形飞行器的研究与设计[D]. 肖大华.北京理工大学 2015
[3]多维MEMS惯性传感器的姿态解算算法研究[D]. 刘星.哈尔滨工程大学 2013
[4]小型四旋翼低空无人飞行器综合设计[D]. 江斌.浙江大学 2013
[5]四旋翼无人机的导航与控制[D]. 钟佳朋.哈尔滨工业大学 2010
[6]微小型四旋翼无人直升机建模及控制方法研究[D]. 聂博文.国防科学技术大学 2006
本文编号：2930708
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/2930708.html
