扑翼飞行的运动分析与仿真设计

发布时间：2021-02-27 03:05

　　本论文主要研究昆虫扑翼飞行的观察与运动参数重建、昆虫悬停飞行的稳定性分析,以及PIV实验扑翼系统设计问题,旨在改进现有的昆虫壳体重建与姿态估计算法,给出变扑动频率的主动控制下昆虫悬停问题的分析方法,设计多自由度、能够实现精细化动作调节的PIV实验扑翼系统。针对昆虫壳体重建与姿态估计问题,本论文在昆虫全身为刚体、且身体截面为椭圆的假设下,基于椭圆半径曲线、身体中心线与翅膀轮廓线,对昆虫三维壳体进行了重建,并提出了先由昆虫飞行图像得到三维体素粗糙集合,估计位姿以作为初始状态,然后利用三维壳体投影进行匹配、精细搜索的位姿估计方法。对于昆虫飞行稳定性问题,本文应用准定常模型和叶素法重新建立了昆虫悬停飞行的空气动力学分析方法,在将原始的随时间变化的动力学系统,转换为随扑动角度变化的动力学系统后,应用平均理论得到了周期内的平均动力和力矩,根据小扰动理论得到了昆虫悬停状态下的扰动方程,并描述了基于Routh-Hurwitz稳定性判据的稳定性分析方法。对扑翼系统设计问题,本论文根据真实环境与实验环境要保持雷诺数和斯特劳哈数一致的原则,分析了用于PIV实验的仿真扑翼系统的设计准则,并分别阐述了仿蜜蜂扑翼... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
缩写、符号清单、术语表
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外相关研究
    1.3 论文结构
2 昆虫扑翼飞行观测与重建
    2.1 昆虫三维参数化表示
    2.2 三维粗重建
    2.3 昆虫位姿估计流程
    2.4 实验结果
3 昆虫飞行动力学及其悬停稳定性分析
    3.1 昆虫动力学模型
        3.1.1 准定常空气动力学模型
        3.1.2 昆虫运动刚体动力学
    3.2 昆虫悬停主动控制稳定性分析方法
    3.3 微型扑翼飞行器其及控制器设计
        3.3.1 扑翼机构设计
        3.3.2 稳定性分析与控制器参数选择
4 昆虫扑翼仿真实验系统搭建
    4.1 设计准则
    4.2 仿蜜蜂扑翼机构设计
    4.3 仿蜻蜓扑翼机构设计
    4.4 控制系统设计
    4.5 仿真系统的PIV实验验证
5 总结与展望
6 攻读硕士学位期间主要的研究成果
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]扑翼飞行器的建模与控制研究进展[J]. 贺威,丁施强,孙长银.  自动化学报. 2017(05)
[2]蜻蜓翼三维流动结构的演变[J]. 赖国俊,申功炘.  北京航空航天大学学报. 2013(06)
[3]Computational aerodynamics of low Reynolds number plunging,pitching and flexible wings for MAV applications[J]. W.Shyy,Y.Lian,J.Tang,H.Liu,P.Trizila,B.Stanford,L.Bernal,C.Cesnik,P.Friedmann,P.Ifju.  Acta Mechanica Sinica. 2008(04)
[4]虚拟立体视觉自由飞行昆虫运动参数测量系统[J]. 王颖,张广军,尚鸿雁.  光电工程. 2008(03)
[5]基于昆虫视觉原理的角速度测量系统[J]. 陶圣,曾理江.  清华大学学报(自然科学版). 2007(08)



本文编号：3053589