四轮无人机地面滑跑摆振与纠偏特性研究

发布时间：2022-10-20 17:14

　　无人机滑跑阶段同时受到气动力与地面作用力,高速运动时容易受到扰动发生姿态变化。为了使无人机在地面保持平稳的运动,需要对其地面动力学问题进行详细的研究。本文以某型四点式起落架无人机为研究对象,对其前轮摆振问题、刹车纠偏及转弯纠偏问题和综合纠偏问题进行了详细的研究。首先针对前轮摆振运动建立能够反映真实运动状态的动力学模型,模型中考虑了轮胎变形、支柱变形及刚体机身运动。然后进行前轮摆振动力学的分析,对起落架及机身参数对摆振稳定性的影响进行仿真计算,并根据两侧前轮受扰方式的不同分别对两前轮及机身的摆振运动进行仿真研究。对无人机滑跑运动进行详细研究,将运动模型进行简化和受力分析并建立包含轮胎模型、缓冲器模型和机身模型的全机滑跑动力学模型,使其能够对无人机滑跑过程中的载荷和响应进行分析计算。根据滑跑出现侧偏的问题,进一步在模型中建立刹车纠偏和转弯纠偏控制系统模型,对不同侧偏工况分别进行刹车纠偏和转弯纠偏仿真,验证纠偏系统的可行性。最后根据纠偏指令分配系数合理分配两种纠偏方式,进行综合纠偏的仿真,并将综合纠偏响应和与单独纠偏响应进行对比,验证了综合纠偏控制系统的优越性。论文所用的研究方法及研究结论对... 

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状及发展趋势
        1.2.1 摆振研究概况
        1.2.2 飞机地面动力学建模研究
        1.2.3 无人机滑跑纠偏研究
    1.3 本文主要研究内容
第二章 四点式无人机线性摆振稳定性分析
    2.1 引言
    2.2 摆振动力学模型
    2.3 线性摆振系统的稳定性判别方法
    2.4 摆振动力学模型的化简
    2.5 影响摆振的参数分析
        2.5.1 轮胎宽度对摆振的影响
        2.5.2 轮胎直径对摆振的影响
        2.5.3 起落架旋转轴到轮心距离对摆振的影响
        2.5.4 支柱扭转刚度对摆振的影响
        2.5.5 两前起轮心间距对摆振的影响
    2.6 摆振运动分析
        2.6.1 单侧前轮受扰
        2.6.2 两前轮同时受扰
        2.6.3 两前轮不同时受扰
    2.7 本章小结
第三章 四点式无人机滑跑动力学建模
    3.1 引言
    3.2 模型基本假设
    3.3 坐标系的定义及转换
    3.4 飞行器地面运动动力学模型
    3.5 相关力的数学模型
        3.5.1 轮胎力学模型
        3.5.2 起落架缓冲器力学模型
        3.5.3 气动载荷模型
        3.5.4 重力及发动机推力模型
    3.6 本章小结
第四章 滑跑纠偏控制分析
    4.1 引言
    4.2 刹车系统模型
    4.3 前轮转弯模型
    4.4 不加纠偏的滑跑仿真
        4.4.1 存在2°初始偏航角的滑跑仿真
        4.4.2 存在3m/s侧风的滑跑仿真
    4.5 差动刹车纠偏控制模型及仿真
        4.5.1 差动刹车纠偏控制模型
        4.5.2 差动刹车纠偏仿真
    4.6 前轮转弯纠偏控制模型及仿真
        4.6.1 前轮转弯纠偏控制模型
        4.6.2 前轮转弯纠偏仿真
    4.7 本章小结
第五章 综合纠偏及纠偏性能分析
    5.1 引言
    5.2 综合纠偏控制系统设计
    5.3 综合纠偏仿真
    5.4 综合纠偏性能分析
        5.4.1 纠偏性能与滑跑速度的关系
        5.4.2 纠偏性能与初始偏航角的关系
        5.4.3 纠偏性能与侧风速度的关系
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]飞翼布局无人机滑跑纠偏控制[J]. 王彦雄,周洲,邵壮,祝小平.  西北工业大学学报. 2016(04)
[2]无人机地面滑跑前轮方向舵联合纠偏控制系统设计[J]. 宋荣志,李艳辉,厉明.  计算机测量与控制. 2015(09)
[3]无人机着陆滑跑数学模型与纠偏控制[J]. 郝现伟,杨业,贾志强,王勇.  电机与控制学报. 2014(05)
[4]小型无人机三轮滑跑纠偏控制的建模与仿真[J]. 薛志鹏,厉明,李艳辉,贾宏光.  系统仿真学报. 2013(11)
[5]着陆冲击力对起落架摆振的影响[J]. 王文选,王安强,白斌.  应用力学学报. 2013(05)
[6]飞翼无人机主轮差动刹车系统的建模与仿真[J]. 陈磊,陆宇平,吴在桂.  计算机技术与发展. 2009(06)
[7]无人机四轮滑跑纠偏控制系统设计与仿真[J]. 邓寅平,范彦铭.  系统仿真学报. 2008(21)
[8]无人机滑跑纠偏控制[J]. 王勇,王英勋.  航空学报. 2008(S1)
[9]飞机起落架系统动力学建模与仿真[J]. 李波,焦宗夏.  北京航空航天大学学报. 2007(01)
[10]起落架非线性结构对飞机前轮摆振的影响[J]. 王光颖.  辽宁工程技术大学学报. 2004(05)

博士论文
[1]飞机地面动力学若干关键技术研究[D]. 张明.南京航空航天大学 2009

硕士论文
[1]高速水平回收无人机综合纠偏方法研究[D]. 李洁玉.南京航空航天大学 2017
[2]飞机全电刹车系统的建模与滑跑纠偏控制研究[D]. 冀美珊.南京航空航天大学 2012
[3]飞机起落架摆振稳定性仿真分析研究[D]. 周福亮.南京航空航天大学 2008
[4]无人机自主控制综述及自主着陆控制系统设计[D]. 陈海.西北工业大学 2007
[5]小车式飞机起落架着陆与滑跑动态性能仿真分析[D]. 方平.南京航空航天大学 2004



本文编号：3694967