倾转涵道飞行器飞行控制研究

发布时间：2021-01-29 20:09

　　倾转涵道飞行器是一种通过矢量拉力的控制方式来提供升力、动力以及操纵力矩的新构型飞行器。倾转涵道飞行器具备直升机垂直起降、低空飞行和空中悬停的特点,也具备固定翼飞机大航程、长航时和巡航速度快的优势,有着广泛应用前景。本文以小型倾转涵道飞行器为研究对象,首先介绍了倾转涵道飞行器的总体构型以及飞行原理。根据叶素理论对涵道旋翼的飞行动力学特性进行了分析,建立了旋翼、机翼和机身的准定常非线性气动力模型,在matlab/simulink中建立了飞行器的全量六自由度非线性飞行动力学模型,为控制律的设计奠定了基础。其次,提出小型倾转涵道飞行器在全模式下的操纵策略,采用内外环PID控制结构,使飞行器能够良好的跟随姿态以及速度指令;给出了直升机模式下的自主起降策略,使用控制器切换技术完成了整个飞行包线的飞行控制律平滑过渡并进行了全包线飞行仿真验证,验证了所设计控制律和操纵策略的可行性。再次,根据飞行控制系统的要求,建立了采用高精度商用捷联惯导为主要观测传感器的飞行控制系统;考虑到飞行中的突发状况,使用板载传感器对商用捷联惯导进行备份,以提高飞控系统的可靠性。在软件上根据任务的优先级,完善了任务调度时序,使... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
注释表
缩略词
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 倾转涵道飞行器技术发展与研究现状
        1.2.1 国外涵道式无人机研究发展现状
        1.2.2 国内涵道式无人机研究发展现状
        1.2.3 倾转涵道飞行器飞行控制技术
        1.2.4 嵌入式飞行控制系统
    1.3 论文主要工作
第二章 倾转涵道飞行器飞行动力学建模
    2.1 引言
    2.2 倾转涵道飞行器的总体布局
        2.2.1 飞行器的总体布局和飞行原理
        2.2.2 坐标系定义及坐标系之间转换
    2.3 旋翼气动力模型
        2.3.1 桨叶剖面气动环境
        2.3.2 旋翼气动力计算
    2.4 作用在飞机上的力和力矩
        2.4.1 机身模型
        2.4.2 机翼模型
    2.5 飞行动力学模型
        2.5.1 飞行器六自由度动力学方程
        2.5.2 非线性飞行动力学模型
        2.5.3 倾转涵道飞行器过渡路径分析
    2.6 本章小结
第三章 倾转涵道飞行器飞行控制律设计与仿真
    3.1 引言
    3.2 倾转涵道飞行器操纵策略
        3.2.1 直升机模式的操纵策略
        3.2.2 固定翼模式的操纵策略
        3.2.3 倾转过渡模式操纵策略
    3.3 倾转涵道飞行器控制律设计
        3.3.1 控制器切换技术
        3.3.2 控制律设计
    3.4 数值仿真
        3.4.1 直升机模式仿真
        3.4.2 过渡模式仿真
        3.4.3 飞机模式仿真
    3.5 全模式仿真验证
    3.6 本章小结
第四章 倾转涵道飞行器嵌入式飞行控制系统设计
    4.1 飞行控制系统要求
        4.1.1 飞行控制系统实验平台
        4.1.2 飞行控制系统总体方案
    4.2 飞行控制系统硬件研制
        4.2.1 飞控计算机
        4.2.2 惯性导航模块及惯性传感器
        4.2.3 高精度差分GPS
        4.2.4 地面测控系统
    4.3 飞行控制系统软件构架
        4.3.1 嵌入式操作系统
        4.3.2 时序调度
    4.4 捷联惯导传感器数据读取
    4.5 本章小结
第五章 倾转涵道飞行器飞行试验
    5.1 飞行验证
        5.1.1 姿态保持模式飞行验证
        5.1.2 高度保持模式飞行验证
        5.1.3 位置保持模式飞行验证
    5.2 自主起降试飞试验
        5.2.1 自主起飞试验
        5.2.2 自主着陆试验
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]倾转旋翼飞行器的建模和操纵分配策略[J]. 夏青元,徐锦法,金开保.  航空动力学报. 2013(09)
[2]倾转旋翼机飞行力学特性[J]. 沙虹伟,陈仁良.  航空动力学报. 2012(04)
[3]倾转旋翼机过渡段最优飞行控制系统设计[J]. 凡永华,杨军,赖水清,徐敏.  飞行力学. 2007(01)
[4]无人纵列式直升机建模与仿真[J]. 王永震,朱纪洪,孙增圻.  清华大学学报(自然科学版). 2003(01)
[5]自抗扰控制器及其应用[J]. 韩京清.  控制与决策. 1998(01)

博士论文
[1]无人倾转旋翼机飞行控制研究[D]. 郭剑东.南京航空航天大学 2013
[2]碟形飞行器系统设计及其动力学模型和控制方法研究[D]. 侯旭阳.北京工业大学 2013

硕士论文
[1]基于FlightGear的无人直升机飞行仿真技术研究[D]. 刘鹏.南京航空航天大学 2011



本文编号：3007533