六自由度可独立操控旋翼飞行器飞行动力学与控制研究

发布时间：2021-08-23 18:18

　　传统多旋翼飞行器通过姿态的直接控制来间接控制平移速度和位置,无法实现空间六自由度运动的独立操控,限制了其在复杂空间环境下的适应性和交互能力。本文针对一种可实现空间六自由度运动独立操控的四旋翼飞行器开展飞行力学与控制问题研究,从能耗最小的角度,认识和分析了稳定飞行状态的最优配平特性和瞬态过渡飞行的最优控制规律,为该类飞行器的飞行控制系统设计奠定基础。首先,采用多体动力学和旋翼空气动力学相关理论和方法,建立了该四旋翼飞行器的飞行动力学模型。为更真实的模拟其能耗特性,在旋翼气动建模中考虑了旋翼相对空气的垂向运动速度对拉力和需用功率的影响。在此基础上,建立了该飞行器在任意悬停和平飞状态下的平衡方程,针对其过驱动、欠定系统的特点,以能耗最小为目标,进行了不同姿态和不同速度下的最优配平计算,分析了能耗最小平衡状态的操纵规律以及力和力矩之间的平衡关系。然后,基于最优控制理论,采用非线性数学规划方法,对定速变姿态和定姿态变速瞬态过程的能耗最小控制律进行了数值分析,总结了该飞行器能耗最小最优控制下的操纵与运动规律。最后,以能耗最小最优控制律作为前馈操纵输入,对定速变姿态和定姿态变速瞬态过程进行了仿真,通... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

MarkusRyll等人设计的过驱动四旋翼在2015年他们又介绍了一种可倾转的六旋翼飞行器，相比常规六旋翼，每个旋翼有两个倾

南京航空航天大学硕士学位论文y ，Moustafa Elshafei 等研究人员，介绍了一种每个旋翼具对角旋翼反向转动，这种四旋翼除了具有六自由度独立操其中一个旋翼坏掉之后，只依靠两个旋翼依然可以平衡，. Cappelleri 团队于 2013 年提出了一种倾转涵道的六自由度，如图 1.3 所示，由一个大的涵道风扇提供升力克服大部分提供剩余的升力，并且当飞行器需要前飞或侧飞得时候，队对飞行器进行了动力学建模、姿态稳定控制、悬停/轨迹了室内实验试飞。

提供剩余的升力，并且当飞行器需要前飞或侧飞得时候，队对飞行器进行了动力学建模、姿态稳定控制、悬停/轨迹了室内实验试飞。图 1.3 Omnicopter 的结构布局rea 等人在 2016 年国际机器人与自动控制会议上提出的全机身上装有环绕机身 360°的八个螺旋桨，如图 1.4。以此现姿态与位移的独立控制，其借助位置捕捉系统已经实现。

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本文编号：3358363