扑翼飞行器的气动参数辨识方法研究
发布时间：2021-11-03 12:57
随着航空航天技术的发展,小型无人飞行器受到越来越多的关注,特别是具有气动效率高、伪装性好、能耗小等优点的仿生扑翼无人飞行器。而该类飞行器的低雷诺数、升阻特性变化剧烈、飞行过程中受变形和气动力的相互影响等给数值仿真、飞控系统设计带来很高的难度。因此,开展扑翼飞行器的气动参数辨识方法研究对其设计和实现具有重要意义。鉴于扑翼无人飞行器飞行过程中其流场的复杂性,首先,结合刚体飞行器数学模型,建立扑翼飞行器六自由度数学模型,以及基于一般多项式的扑翼飞行器气动参数模型;接着,为提高参数辨识计算效率,通过分析多项式系数对不同气动参数的影响,采用施密特正交化对扑翼飞行器气动参数矩阵进行正交化,建立基于正交多项式的扑翼飞行器气动参数模型;进而,结合人工鱼群算法和模拟退火算法,提出基于改进人工鱼群算法的初始参数优化算法,为扑翼飞行器气动参数的辨识提供参数初始值,以提高辨识速度;最后,考虑到所研究的扑翼飞行器气动参数难以直接测量,在扑翼飞行器气动参数多项式模型和迭代学习辨识方法基础上,提出基于局部摄动法的梯度方向寻优方法和变学习因子的参数更新方法,并进行了仿真和试验验证。辨识结果表明,本文建立的扑翼飞行器模...
【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】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
人造蝴蝶
浙江大学硕士学位论文绪论3Kumar等受开发蜻蜓时的启发，研究了用于微型飞行器的纳米复合扑翼。该机翼的设计灵感来自蜻蜓的后机翼。碳纳米管/聚丙烯纳米复合材料和低密度聚乙烯用作机翼材料。纳米复合材料具有多种不同的CNT重量百分比（0％-1％），并具有动态力学性能，这表明在重量百分比为0.1的情况下，在整个频率范围（1Hz-90Hz）中，储能模量值最高。这对于实现真正的仿生有很重要的意义[13]。图1.1人造蝴蝶图1.2Smartbird国内在扑翼飞行器的研究上虽然起步稍晚，但很多团队在上述研究也有许多突破，已获得了一些研究成果。特别的有一批科研人员紧跟国际前沿的发展，开始深入对扑翼飞行
浙江大学硕士学位论文实验结果与分析48图4.1变学习因子和传统指数衰减学习因子更新方式的损失函数下降曲线对比图如图4.2是实测值、基于指数衰减因子状态计算值和本文提出的基于改变学习因子的计算值分别在X,Y,Z轴上的位置量结果图。通过位置量的结果可知，无论是基于变学习因子还是传统的指数衰减学习因子，两者的趋势都与实测值一致，相比较而言，基于变学习因子方法的计算结果与实测值更接近，由衰减学习因子计算得到的Z轴位置量在后段部分与实测值相比较有明显的偏差。图4.2变学习因子和指数衰减学习因子位置辨识值和实测值对比图上述位置量由于本身数值比较大，因此从曲线图上较难看出上述的差异，而速度量、角度量和角速度实测值相对较小，能更好的比对两者的效果。图4.3为基于变学习因子和指数衰减学习因子的速度计算值和实测值对比。由图可知，在总体的趋势变化上，基于变学习因子的结果更接近于实测值，且趋势基本一致。特别的，通过Z轴的速度量可以看出，基于传统指数衰减因子方法的计算值相对偏差较大，且有发散的趋势。同理，通过图4.4
【参考文献】：
期刊论文
[1]施密特正交化的几何意义[J]. 杜美华,林鑫,马云峰. 科技视界. 2019(23)
[2]扑翼的推力特性与功率特性的实验研究[J]. 付鹏,宋笔锋,梁少然,杨文青. 西北工业大学学报. 2016(06)
[3]A hybrid original approach for prediction of the aerodynamic coefficients of an ATR-42 scaled wing model[J]. Abdallah Ben Mosbah,Ruxandra Mihaela Botez,Thien My Dao. Chinese Journal of Aeronautics. 2016(01)
[4]仿生扑翼飞行器设计新进展[J]. 孙泽江,郝永平,李伦. 科技创新与应用. 2016(03)
[5]仿昆扑翼微飞行器中压电驱动器的性能参数分析[J]. 柴双双,张卫平,柯希俊,邹阳,张伟,叶以楠,张正,胡楠,吴凡,陈文元. 上海交通大学学报. 2015(05)
[6]仿生扑翼飞行器翅翼扭转机构设计[J]. 王琨琦,陈世杰,刘颖. 西安工业大学学报. 2015(02)
[7]扑翼式飞行器的发展与展望[J]. 郭劲言,姜雲崧. 中国新技术新产品. 2014(20)
[8]仿昆扑翼微飞行器中高效传动铰链的研究[J]. 邹才均,张卫平,柯希俊,邵云立,张伟,柴双双,胡楠,叶以楠,陈文元. 上海交通大学学报. 2014(03)
[9]基于MEMS技术的SU-8仿昆虫微扑翼飞行器设计及制作[J]. 迟鹏程,张卫平,陈文元,李洪谊,孟坤,崔峰,刘武,吴校生. 机器人. 2011(03)
[10]微型扑翼飞行器升力特性研究[J]. 张亚锋,宋笔锋,袁昌盛,吉国明. 空气动力学学报. 2008(04)
博士论文
[1]仿鸟微型扑翼飞行器的气功特性研究[D]. 曾锐.南京航空航天大学 2005
硕士论文
[1]基于风洞试验数据的飞行器气动力辨识方法研究[D]. 李学伟.南京航空航天大学 2010
[2]微型扑翼飞行器控制技术研究[D]. 符冰.西北工业大学 2005
本文编号：3473727
【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】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
人造蝴蝶
浙江大学硕士学位论文绪论3Kumar等受开发蜻蜓时的启发，研究了用于微型飞行器的纳米复合扑翼。该机翼的设计灵感来自蜻蜓的后机翼。碳纳米管/聚丙烯纳米复合材料和低密度聚乙烯用作机翼材料。纳米复合材料具有多种不同的CNT重量百分比（0％-1％），并具有动态力学性能，这表明在重量百分比为0.1的情况下，在整个频率范围（1Hz-90Hz）中，储能模量值最高。这对于实现真正的仿生有很重要的意义[13]。图1.1人造蝴蝶图1.2Smartbird国内在扑翼飞行器的研究上虽然起步稍晚，但很多团队在上述研究也有许多突破，已获得了一些研究成果。特别的有一批科研人员紧跟国际前沿的发展，开始深入对扑翼飞行
浙江大学硕士学位论文实验结果与分析48图4.1变学习因子和传统指数衰减学习因子更新方式的损失函数下降曲线对比图如图4.2是实测值、基于指数衰减因子状态计算值和本文提出的基于改变学习因子的计算值分别在X,Y,Z轴上的位置量结果图。通过位置量的结果可知，无论是基于变学习因子还是传统的指数衰减学习因子，两者的趋势都与实测值一致，相比较而言，基于变学习因子方法的计算结果与实测值更接近，由衰减学习因子计算得到的Z轴位置量在后段部分与实测值相比较有明显的偏差。图4.2变学习因子和指数衰减学习因子位置辨识值和实测值对比图上述位置量由于本身数值比较大，因此从曲线图上较难看出上述的差异，而速度量、角度量和角速度实测值相对较小，能更好的比对两者的效果。图4.3为基于变学习因子和指数衰减学习因子的速度计算值和实测值对比。由图可知，在总体的趋势变化上，基于变学习因子的结果更接近于实测值，且趋势基本一致。特别的，通过Z轴的速度量可以看出，基于传统指数衰减因子方法的计算值相对偏差较大，且有发散的趋势。同理，通过图4.4
【参考文献】：
期刊论文
[1]施密特正交化的几何意义[J]. 杜美华,林鑫,马云峰. 科技视界. 2019(23)
[2]扑翼的推力特性与功率特性的实验研究[J]. 付鹏,宋笔锋,梁少然,杨文青. 西北工业大学学报. 2016(06)
[3]A hybrid original approach for prediction of the aerodynamic coefficients of an ATR-42 scaled wing model[J]. Abdallah Ben Mosbah,Ruxandra Mihaela Botez,Thien My Dao. Chinese Journal of Aeronautics. 2016(01)
[4]仿生扑翼飞行器设计新进展[J]. 孙泽江,郝永平,李伦. 科技创新与应用. 2016(03)
[5]仿昆扑翼微飞行器中压电驱动器的性能参数分析[J]. 柴双双,张卫平,柯希俊,邹阳,张伟,叶以楠,张正,胡楠,吴凡,陈文元. 上海交通大学学报. 2015(05)
[6]仿生扑翼飞行器翅翼扭转机构设计[J]. 王琨琦,陈世杰,刘颖. 西安工业大学学报. 2015(02)
[7]扑翼式飞行器的发展与展望[J]. 郭劲言,姜雲崧. 中国新技术新产品. 2014(20)
[8]仿昆扑翼微飞行器中高效传动铰链的研究[J]. 邹才均,张卫平,柯希俊,邵云立,张伟,柴双双,胡楠,叶以楠,陈文元. 上海交通大学学报. 2014(03)
[9]基于MEMS技术的SU-8仿昆虫微扑翼飞行器设计及制作[J]. 迟鹏程,张卫平,陈文元,李洪谊,孟坤,崔峰,刘武,吴校生. 机器人. 2011(03)
[10]微型扑翼飞行器升力特性研究[J]. 张亚锋,宋笔锋,袁昌盛,吉国明. 空气动力学学报. 2008(04)
博士论文
[1]仿鸟微型扑翼飞行器的气功特性研究[D]. 曾锐.南京航空航天大学 2005
硕士论文
[1]基于风洞试验数据的飞行器气动力辨识方法研究[D]. 李学伟.南京航空航天大学 2010
[2]微型扑翼飞行器控制技术研究[D]. 符冰.西北工业大学 2005
本文编号：3473727
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