微型扑翼飞行机器人的动力学与控制研究

发布时间：2023-05-18 04:36

　　昆虫具有能够在复杂且高度动态的环境中实现飞行,遇到突发情况能迅速改变飞行方向和速度,对环境干扰具有极强的抵抗力,较长的飞行时间等一系列优点。但在类似的仿生飞行机器人上尚不能实现类似的特性,其主要受制于飞行机理的复杂性、中等尺度制造技术、驱动方式、高能量密度电源、动力学建模以及相关控制方法等原因。首先针对微型扑翼飞行机器人空气动力学参数优化设计问题,提出了一种针对微型扑翼飞行机器人空气动力学模型运动和几何参数的全局灵敏度分析方法。运用叶素法建立微型扑翼飞行机器人悬停状态的非线性动力学模型,通过挑选因子和定性分析来确定动力学模型中的主要参数,利用Sobol全局灵敏度分析方法对运动参数和几何参数进行灵敏度分析。结果显示,在参数取值范围内,运动参数中的全局灵敏度大小为:扑动频率大于扑动角大于攻角;几何参数中的全局灵敏度大小为:展弦比大于一阶半径距。通过对动力学模型几何参数的气动灵敏分析,为微型扑翼飞行器的动力学优化设计提供了依据。其次在前人的基础上对微型扑翼飞行器(FWMAV)的动力学建模、分析及其姿态控制、轨迹跟踪方法进行了研究。在建立微型扑翼飞行机器人气动力模型的基础上,利用牛顿-欧拉法建...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 当前研究现状
        1.2.1 驱动方式
        1.2.2 传动机构及其加工工艺
        1.2.3 动力学研究
        1.2.4 控制方法研究
    1.3 研究内容
第二章 气动力学模型建立
    2.1 引言
    2.2 气动力学模型建立
        2.2.1 微型扑翼飞行机器人仿生学原理
        2.2.2 非定常飞行机理
    2.3 气动力学模型建立
        2.3.1 气动力系数的确定
        2.3.2 延展向方向弦长分布的确定
        2.3.3 机翼相对速度的确定
    2.4 本章小结
第三章 气动力学模型参数灵敏度分析
    3.1 引言
    3.2 SOBOL分析方法理论
    3.3 SOBOL法计算过程
    3.4 计算结果及分析
    3.5 本章小结
第四章 微型扑翼飞行机器人动力学建模
    4.1 引言
    4.2 机翼扑动运动学
    4.3 微型扑翼飞行机器人空气动力及力矩分析
    4.4 机体动力学方程的建立
    4.5 本章小结
第五章 微型扑翼飞行机器人轨迹跟踪控制研究
    5.1 引言
    5.2 微型扑翼飞行机器人的控制器设计
        5.2.1 姿态控制器设计
        5.2.2 位置控制器设计
    5.3 仿真结果
        5.3.1 姿态趋近律验证
        5.3.2 轨迹跟踪仿真实验
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 研究展望
参考文献
在学期间的研究成果
致谢



本文编号：3818688