轮式无人机地面滑跑动力学建模与仿真

发布时间：2017-08-07 04:22

  本文关键词：轮式无人机地面滑跑动力学建模与仿真

  更多相关文章： 无人机 地面滑跑 摩擦系数 地面模型 刹车系统模型 航迹纠偏

【摘要】：无人机地面滑跑是飞行过程中的一个重要阶段,在地面滑跑过程中起落架、轮胎与地面相互作用产生地面作用力,在跑道条件和环境等因素的影响可能会导致无人机在跑道上滑跑时出现偏航现象,研究无人机在地面滑跑时的动力学特性,建立地面模型,并进行航向纠偏控制对于减少地面滑跑试验的次数和减少飞行事故具有重要的意义。首先,根据无人机起飞和着陆滑跑的物理过程,分析各个阶段的动力学特性。研究无人机在地面滑跑时轮胎与跑道之间的摩擦系数,基于Pacejka魔术公式分析摩擦系数与峰值因子(?)、形状因子C和刚度因子B的关系,确定纵向摩擦系数和侧向摩擦系数的计算方法:基于轮胎滑移率模型求解轮胎的纵向摩擦系数,基于轮胎侧偏角模型求解了轮胎的侧向摩擦系数。其次,建立起落架和轮胎的质量弹簧阻尼模型,分别在无人机停机和滑跑时,求解起落架和轮胎的压缩量和压缩速度,将起落架模型和轮胎模型合成起落架双弹簧系统等效模型,完成地面支撑力和地面摩擦力的求解;结合无人机地面滑跑过程中重力、发动机推力和气动力,建立无人机地面滑跑的动力学模型。模拟无人机加速起飞和减速滑跑的过程,结果表明无人机地面模型能正确的模拟无人机滑跑时的物理过程。最后,在建立飞机的刹车系统模型后,设计主轮差动刹车的地面滑跑纠偏控制律,分别对无人机地面加速起飞滑跑和着陆减速滑跑两种不同情况进行仿真验证,结果表明设计的主轮差动刹车纠偏控制律可以有效的纠正无人机地面滑跑时的侧向偏航。
【关键词】：无人机 地面滑跑 摩擦系数 地面模型 刹车系统模型 航迹纠偏
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 注释表13-14
• 第一章 绪论14-18
• 1.1 引言14
• 1.2 国内外研究现状14-15
• 1.3 论文研究内容15-18
• 第二章 无人机地面运动过程描述18-24
• 2.1 引言18
• 2.2 研究对象简介18-19
• 2.3 常用坐标系和转换矩阵19-20
• 2.4 无人机起飞滑跑过程20-22
• 2.5 无人机着陆滑跑过程22-23
• 2.6 无人机地面滑跑过程的特点23
• 2.7 本章小结23-24
• 第三章 轮胎与跑道间摩擦系数分析24-34
• 3.1 引言24
• 3.2 轮胎与跑道表面的摩擦力24-26
• 3.2.1 轮胎与跑道间摩擦力的产生24
• 3.2.2 轮胎与跑道之间的附着机理24-26
• 3.3 摩擦系数的影响因子26-29
• 3.3.1 峰值因子(?)对摩擦系数的影响27-29
• 3.3.2 形状因子C对摩擦系数的影响29
• 3.3.3 刚度因子B的确定29
• 3.4 摩擦系数 μ的计算29-33
• 3.4.1 纵向摩擦系数的计算30-31
• 3.4.2 侧向摩擦系数的计算31-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第四章 起落架和轮胎模型34-42
• 4.1 引言34
• 4.2 起落架模型34-38
• 4.2.1 支柱式起落架34-35
• 4.2.2 起落架的缓冲器模型35-38
• 4.3 轮胎模型38-40
• 4.4 起落架缓冲系统模型40-41
• 4.5 本章小结41-42
• 第五章 轮式无人机地面滑跑模型42-59
• 5.1 引言42
• 5.2 轮式无人机地面滑跑的系统分析42-43
• 5.3 轮式无人机运动模型的建立43-48
• 5.3.1 弹性支撑质量模型43-47
• 5.3.2 非弹性质量运动模型47-48
• 5.4 缓冲器和轮胎的压缩量和压缩速率48-50
• 5.4.1 停机时缓冲器和轮胎的压缩量和压缩速度48-49
• 5.4.2 滑跑时缓冲器和轮胎的压缩量和压缩速度49-50
• 5.5 轮式无人机地面滑跑模型的MATLAB实现50-52
• 5.6 地面模型的仿真52-58
• 5.6.1 无干扰条件下的地面模型仿真52-55
• 5.6.2 存在偏航角情况下的地面模型仿真55-58
• 5.7 本章小结58-59
• 第六章 轮式无人机滑跑纠偏控制律的设计与仿真59-77
• 6.1 引言59
• 6.2 刹车系统模型的建立59-63
• 6.2.1 液压伺服阀模型59-61
• 6.2.2 刹车装置模型61-62
• 6.2.3 轮胎与跑道结合力矩模型62
• 6.2.4 飞机机轮动力学模型62-63
• 6.3 刹车控制系统63-64
• 6.4 主轮差动刹车纠偏控制策略与控制律设计64-66
• 6.5 加速滑跑主轮纠偏仿真66-71
• 6.5.1 单一干扰下不加纠偏控制和加纠偏控制的仿真66-69
• 6.5.2 混合干扰下不加纠偏控制仿真和加入纠偏的仿真69-71
• 6.6 减速滑跑主轮纠偏仿真71-76
• 6.6.1 单一干扰下不加纠偏控制和加纠偏控制的仿真71-74
• 6.6.2 混合干扰下不加纠偏控制和加纠偏控制的仿真74-76
• 6.7 本章小结76-77
• 第七章 总结与展望77-79
• 7.1 本文研究内容总结77
• 7.2 后续工作展望77-79
• 参考文献79-82
• 致谢82-83
• 在学期间发表的学术论文83

【参考文献】

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本文编号：632858