高层建筑消防飞行机器人稳定性研究

发布时间：2017-06-21 00:06

  本文关键词：高层建筑消防飞行机器人稳定性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：经济的快速发展促进了城市化进程,各种大、高型建筑拔地而起,在享受高层建筑带来便利的同时,也同样面临着一个新的问题——高层建筑的火灾救援与灭火问题。近年来,国内的高层建筑火灾案例频发,国外的高层建筑火灾也是愈演愈烈,高层建筑消防安全这一社会性难题的解决,对于挽救人员生命财产安全具有十分重要的意义。本文综合现有的共轴双旋翼、四旋翼飞行器、涵道飞轮及智能消防炮的一些优点,提出了一种新型消防飞行机器人,它可将消防带牵引至空中,并可通过自身的探测系统对准着火点进行定位,然后利用消防系统对着火点喷沫灭火。本文的主要研究内容如下:1.本文对高层建筑消防飞行机器人进行了总体设计,介绍了机器人的功能及机体结构,并阐述了机器人的工作原理与工作过程,确定了机器人的总体参数;2.研究高层建筑消防飞行机器人主体六旋翼飞行器的运动方式,根据牛顿—欧拉方程相关理论对其进行受力分析并完成动力学模型的建立,进行模糊自适应PID控制器设计,并通过Matlab软件仿真对其进行验证;3.从飞行机器人自身方面及外界环境干扰方面等对机器人稳定性进行分析,研究机器人自身结构的抗侧风性及自稳性;并用ADAMS宏程序创建大变形柔性体的方法借助Bushing模型着重对牵引绳的牵引性能进行仿真分析,借助此性能可通过合理控制牵引轮对机器人进行较好的牵引,使其在飞行过程中保持稳定;4.利用机器人的主体—六旋翼飞行器逐步完成了自由度受限的系留试验、空中飞行实验等,证明了六旋翼飞行器的飞行原理正确性及其自身结构的稳定性,验证了在牵引绳牵引下利于飞行器保持稳定等,为以后更深入的研究奠定了基础。
【关键词】：高层建筑 消防飞行机器人 模糊自适应PID控制 稳定性
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 主要符号表10-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义11-12
• 1.2 高层建筑消防设备的国内外研究现状12-16
• 1.2.1 地面消防机器人国内外发展现状12-13
• 1.2.2 高层建筑消防机器人国内外发展现状13-15
• 1.2.3 消防飞机在高层建筑消防中的应用15-16
• 1.3 课题的主要研究内容16-18
• 第2章 高层建筑消防飞行机器人总体设计18-29
• 2.1 高层建筑消防飞行机器人的工作原理与过程18-20
• 2.1.1 高层建筑消防飞行机器人的工作原理18-19
• 2.1.2 高层建筑消防飞行机器人的工作过程19-20
• 2.2 高层建筑消防飞行机器人整体设计20-23
• 2.2.1 高层建筑消防飞行机器人主体设计20-21
• 2.2.2 高层建筑消防飞行机器人结构设计分析21-23
• 2.3 高层建筑消防飞行机器人机体部件的设计与选择23-28
• 2.3.1 高层建筑消防飞行机器人设计要求23
• 2.3.2 高层建筑消防飞行机器人基本参数的确定23-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 高层建筑消防飞行机器人主体控制稳定性研究29-50
• 3.1 消防飞行机器人主体六旋翼飞行器的数学建模29-35
• 3.1.1 坐标系的建立29
• 3.1.2 姿态角的定义29-31
• 3.1.3 动力学模型建立31-35
• 3.2 模糊自适应PID控制35-41
• 3.2.1 经典PID控制理论35-36
• 3.2.2 模糊控制理论36-37
• 3.2.3 模糊自适应PID控制原理37-38
• 3.2.4 模糊自适应PID控制器设计38-41
• 3.3 控制仿真与结果分析41-49
• 3.3.1 控制器的Simulink搭建41-46
• 3.3.2 仿真环境设置与仿真参数46-47
• 3.3.3 悬停控制研究47-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第4章 高层建筑消防飞行机器人结构稳定性研究50-64
• 4.1 高层建筑消防飞行机器人内力分析50
• 4.2 高层建筑消防飞行机器人结构稳定性分析50-56
• 4.2.1 机器人结构自稳性分析50-52
• 4.2.2 涵道风扇空气动力学仿真研究52-54
• 4.2.3 机器人机架模态分析54-56
• 4.3 牵引绳的设置与分析56-63
• 4.3.1 牵引绳模型建立56-61
• 4.3.2 牵引绳牵引特性仿真分析61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第5章 高层建筑消防飞行机器人实验研究64-72
• 5.1 实验前的准备工作64-67
• 5.1.1 飞行器部件组成64-67
• 5.1.2 飞行器的组装与调试67
• 5.2 消防机器人主体飞行实验67-69
• 5.2.1 系留实验68-69
• 5.2.2 空中飞行实验69
• 5.3 实验现象与结果分析69-71
• 5.3.1 实验数据的获取方法69-70
• 5.3.2 实验结果分析70-71
• 5.3.3 牵引绳作用验证71
• 5.4 本章小结71-72
• 结论72-73
• 附录Ⅰ73-74
• 附录Ⅱ74-75
• 附录Ⅲ75-76
• 附录Ⅳ76-77
• 参考 文献77-80
• 致谢80-81
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文81-82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 魏捍东;张智;;从央视大火探讨超高层建筑灭火对策[J];消防科学与技术;2010年07期

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本文编号：467185