小型无人飞艇的建模与运动仿真的研究

发布时间：2017-08-12 14:40

  本文关键词：小型无人飞艇的建模与运动仿真的研究

  更多相关文章： 飞艇建模 六自由度数学模型 特征建模 运动仿真

【摘要】：近年来,通讯业和移动互联网相关产业高速发展,改变了很多传统生活方式,任何的一项生产生活活动如果有了现代通讯技术,就会取得革命性的发展。在这个互联网的时代,通讯设备是任何信息交换的载体基础和先决条件。通讯设备大部分是作为一个地区发展的长期规划设施在建设。但是,由于自然因素,突发事件,以及一些临时性的生产活动,组件一个临时性的通讯设备是在短时高效解决问题的首选方案。而小型无人飞艇,这种利用轻于空气作为悬浮动力的飞行器,在很多临时通讯场景中不可或缺的扮演者重要的角色。小型无人飞艇,具有节约燃料,在空中停留时间长,无噪音,飞行较为稳定,不需要特殊的起降场所等等很多优点。本文所研究的主要应用场所是利用小型无人飞艇,作为通信节点,悬浮在较低空条件下,组建临时应急通信网络。首先,对小型无人飞艇进行力学建模,进行受力分析,从受力和运动两个维度来分析飞艇的力学和运动特征。构建出较为符合实际情况的力学运动方程和六个自由度的运动模型。然后,将非线性的数学模型进行线性化表示,在横向和纵向两个方向上分别用数学方程表示,较为精确的模拟量化飞艇的运动。其次,利用Matlab/Simulink的飞行模拟组件,对以上数学模型的设计和实现。设计实现小型无人飞艇的运动模拟和运动控制系统。其中包括自然环境因素模拟模块,飞艇运动模拟模块,数据采集及控制模块。最后,进行飞艇自然运动情况的仿真,控制率的仿真,并对团队中飞艇控制队友设计的飞艇控制系统方案进行验证和评估其可行性。
【关键词】：飞艇建模 六自由度数学模型 特征建模 运动仿真
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V274
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景及意义11-13
• 1.1.1 飞艇的辉煌历史和优势11-13
• 1.1.2 无人飞艇的特点和应用13
• 1.2 国内外研究背景13-16
• 1.2.1 国外飞艇的发展现状13-14
• 1.2.2 国内飞艇的发展现状14-16
• 1.3 关于飞艇未来的展望16-17
• 1.4 论文的研究内容17-18
• 1.5 论文的结构安排18-19
• 第2章 小型无人飞艇飞行系统总体方案19-26
• 2.1 飞艇的技术参数19-22
• 2.1.1 飞艇的结构组成19-20
• 2.1.2 飞艇的实物模型20-21
• 2.1.3 飞艇的飞行原理21-22
• 2.2 飞行控制系统的总体设计22-25
• 2.2.1 系统需求分析22-23
• 2.2.2 系统结构设计23-24
• 2.2.3 控制系统设计过程24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 小型无人飞艇数学模型构建26-40
• 3.1 数学模型基础分析26-30
• 3.1.1 空间坐标系26-28
• 3.1.2 空间坐标系的关系28-29
• 3.1.3 飞艇的受力分析29-30
• 3.2 构建动力学方程30-35
• 3.2.1 浮力和重力30
• 3.2.2 驱动力30-31
• 3.2.3 空气动力31-33
• 3.2.4 流体惯性力33-34
• 3.2.5 动力学方程34-35
• 3.3 动力学方程的构建35-37
• 3.3.1 质心的运动方程36
• 3.3.2 姿态运动方程36
• 3.3.3 运动学方程36-37
• 3.4 运动方程的线性化37-39
• 3.4.1 小扰动法37-38
• 3.4.2 横向运动方程38-39
• 3.4.3 纵向运动方程39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 自然环境风场的模拟40-46
• 4.1 自然风场模型的构建40-41
• 4.1.1 基本风模型构建40
• 4.1.2 阵风模型的构建40-41
• 4.1.3 渐变风模型的构建41
• 4.1.4 随机风模型的构建41
• 4.2 风速的模型的仿真41-44
• 4.2.1 基本风数学模型仿真42
• 4.2.2 阵风的数学模型仿真42
• 4.2.3 渐变风的模型仿真42-43
• 4.2.4 随机风的模型仿真43
• 4.2.5 组合自然风模型仿真43-44
• 4.3 仿真结果对比44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 特征模式的辨识和控制率规划46-56
• 5.1 飞艇的特征模式46-49
• 5.1.1 特征模式46
• 5.1.2 如何识别特征模式46-47
• 5.1.3 飞艇特征模型辨识47-49
• 5.2 飞行姿态调整49-52
• 5.2.1 俯仰姿态调整49-51
• 5.2.2 偏航姿态的调整51-52
• 5.3 控制率的规划52-55
• 5.3.1 传统PID介绍52-53
• 5.3.2 专家PID与算法53-54
• 5.3.3 控制响应曲线分析54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-60
• 致谢60

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本文编号：662139