基于SimMechanics的无人飞行器飞行动力学仿真建模研究
发布时间：2021-07-16 20:25
近年来,无人机发展迅速,应用场景丰富,得到了很大的重视。无人机控制决定了整个无人机的性能,整个控制系统非常复杂,包括对传感器的误差补偿以及一般意义上的控制程序,控制系统设计时需要进行试飞验证,这就大大增加了人力物力的投入。因此,建立面向飞行控制系统的数字仿真平台就是一个必然选择。本文以小型样例无人直升机为研究对象,研究其建模机理,并构建了一个精确的无人直升机动力学模型,为飞控系统的设计和仿真提供可靠的动力学模型。首先,论文建立了飞行时的大气环境模型和世界地磁模型,采用ISA大气环境标准和WMM世界地磁模型建立环境模型,为气动力建模和传感器误差建模奠定了基础。其次,针对涵道式共轴双旋翼无人直升机,详细阐述了各个气动模块的建立过程,推导了共轴双旋翼和螺旋桨的气动力表达式,建立了机体运动方程,计算得到实时运动状态。再次,建立了传感器误差。采用误差辨识的方法,辨识了实验得到的加速度计、磁力计和GPS的静态误差,采用白噪声模拟该误差。最后,采用Simmechanics和aerospace工具箱在MATLAB/Simulink仿真环境中建立了样例无人机的飞行仿真模型,编写了相应的仿真程序,在加入简...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AV500无人直升机2015年，AV500无人直升机在内蒙古阿拉善地区开展了高原试飞，验证了优良的高原飞行品质
第二章 建模环境概要与模型架构设计于无人直升机的快速发展，对无人直升机的仿真需求也越来越大，多飞行仿真平台软件，一个优秀的平台应为开发精确的飞行动力学机开发设计仿真软件有 FLIGHTLAB、GENHEL 等。在国内用的ULINK 仿真软件，可以方便的搭建直升机飞行动力学模型，开发飞行景软件（如 FLIGHTGEAR）连接，实现视景仿真。并且 MATLAB满足对一个飞行仿真平台的要求。象研究式共轴双旋翼无人直升机为研究对象，该飞行器采用涵道式共轴双力的螺旋桨，如图 2.1 所示。
Mechanics 拥有一系列的模块库，机械模型和仿真工具。这些模块库里的模块是构成机基础。机械系统由刚体组成，这些刚体之间由代表了平移自由度和旋转自由度的运动来，可以在刚体上施加运动约束，应用力或者转矩，集成牛顿动力学，以及测量最终和用标准的 Simulink 工具箱建模一样，用户可以用一些分层子系统表达出机械系统。imMechanics 建立机械仿真模型的步骤主要有：立机械模型。指定刚体的质量和惯性、自由度和约束，定义附着在刚体上的坐标系来的力和运动。立传感器模块记录运动和力，建立执行器和驱动来对附着在刚体上的坐标系施加力或从而初始化运动。始仿真。利用 Simulink 求解器来计算系统的运动，同时要满足施加的约束。用 SimMechanics 的可视化窗口，在建立模型时可以将刚体可视化，在运行模型时你仿真动画化。Mechanics 系统包含的模块有（如下图所示）：具有质量的实体单元；平移和旋转连接；向机械系统提供力和力矩作用的作动器单元，这个可以接受 Simulink 信号；测量机动物理量的传感器单元，可以向 Simulink 模型输出信号。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微航姿仪的磁力计标定算法及误差补偿研究[J]. 刘宇,陈俊杰,吴林志,吴英,路永乐. 压电与声光. 2017(03)
[2]四元数刻划的矢量旋转[J]. 陈杰. 重庆文理学院学报(自然科学版). 2012(01)
[3]微惯性测量单元的误差整机标定和补偿[J]. 代刚,李枚,苏伟,邵贝贝. 光学精密工程. 2011(07)
[4]基于四元数法的捷联式惯性导航系统的姿态解算[J]. 张荣辉,贾宏光,陈涛,张跃. 光学精密工程. 2008(10)
[5]MEMS微惯性测量组合标定技术研究[J]. 李杰,洪惠惠,张文栋. 传感技术学报. 2008(07)
[6]WGS-84地心坐标系中高空风计算方法[J]. 张伟星,王晓蕾. 气象科学. 2005(05)
[7]旋翼诱导速度空间分布的一种计算方法[J]. 陈铭,胡继忠. 空气动力学学报. 2005(03)
[8]三轴磁强计正交误差分析与校正[J]. 林春生,向前,龚沈光. 探测与控制学报. 2005(02)
[9]三维转动的四元数表述[J]. 刘俊峰. 大学物理. 2004(04)
[10]微型直升机动力学建模的研究现状[J]. 陈皓生,陈大融. 飞行力学. 2003(03)
硕士论文
[1]复合式无人飞行器试验平台设计与测试[D]. 程太明.南京航空航天大学 2015
[2]基于MEMS/GPS的微型无人机组合航姿系统研究[D]. 吕印新.南京航空航天大学 2013
本文编号：3287702
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AV500无人直升机2015年，AV500无人直升机在内蒙古阿拉善地区开展了高原试飞，验证了优良的高原飞行品质
第二章 建模环境概要与模型架构设计于无人直升机的快速发展，对无人直升机的仿真需求也越来越大，多飞行仿真平台软件，一个优秀的平台应为开发精确的飞行动力学机开发设计仿真软件有 FLIGHTLAB、GENHEL 等。在国内用的ULINK 仿真软件，可以方便的搭建直升机飞行动力学模型，开发飞行景软件（如 FLIGHTGEAR）连接，实现视景仿真。并且 MATLAB满足对一个飞行仿真平台的要求。象研究式共轴双旋翼无人直升机为研究对象，该飞行器采用涵道式共轴双力的螺旋桨，如图 2.1 所示。
Mechanics 拥有一系列的模块库，机械模型和仿真工具。这些模块库里的模块是构成机基础。机械系统由刚体组成，这些刚体之间由代表了平移自由度和旋转自由度的运动来，可以在刚体上施加运动约束，应用力或者转矩，集成牛顿动力学，以及测量最终和用标准的 Simulink 工具箱建模一样，用户可以用一些分层子系统表达出机械系统。imMechanics 建立机械仿真模型的步骤主要有：立机械模型。指定刚体的质量和惯性、自由度和约束，定义附着在刚体上的坐标系来的力和运动。立传感器模块记录运动和力，建立执行器和驱动来对附着在刚体上的坐标系施加力或从而初始化运动。始仿真。利用 Simulink 求解器来计算系统的运动，同时要满足施加的约束。用 SimMechanics 的可视化窗口，在建立模型时可以将刚体可视化，在运行模型时你仿真动画化。Mechanics 系统包含的模块有（如下图所示）：具有质量的实体单元；平移和旋转连接；向机械系统提供力和力矩作用的作动器单元，这个可以接受 Simulink 信号；测量机动物理量的传感器单元，可以向 Simulink 模型输出信号。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微航姿仪的磁力计标定算法及误差补偿研究[J]. 刘宇,陈俊杰,吴林志,吴英,路永乐. 压电与声光. 2017(03)
[2]四元数刻划的矢量旋转[J]. 陈杰. 重庆文理学院学报(自然科学版). 2012(01)
[3]微惯性测量单元的误差整机标定和补偿[J]. 代刚,李枚,苏伟,邵贝贝. 光学精密工程. 2011(07)
[4]基于四元数法的捷联式惯性导航系统的姿态解算[J]. 张荣辉,贾宏光,陈涛,张跃. 光学精密工程. 2008(10)
[5]MEMS微惯性测量组合标定技术研究[J]. 李杰,洪惠惠,张文栋. 传感技术学报. 2008(07)
[6]WGS-84地心坐标系中高空风计算方法[J]. 张伟星,王晓蕾. 气象科学. 2005(05)
[7]旋翼诱导速度空间分布的一种计算方法[J]. 陈铭,胡继忠. 空气动力学学报. 2005(03)
[8]三轴磁强计正交误差分析与校正[J]. 林春生,向前,龚沈光. 探测与控制学报. 2005(02)
[9]三维转动的四元数表述[J]. 刘俊峰. 大学物理. 2004(04)
[10]微型直升机动力学建模的研究现状[J]. 陈皓生,陈大融. 飞行力学. 2003(03)
硕士论文
[1]复合式无人飞行器试验平台设计与测试[D]. 程太明.南京航空航天大学 2015
[2]基于MEMS/GPS的微型无人机组合航姿系统研究[D]. 吕印新.南京航空航天大学 2013
本文编号：3287702
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