农用遥感固定翼无人机飞行姿态控制系统的研究

发布时间：2020-05-21 20:32

【摘要】：近几年,随着我国农业现代化步伐的不断推进,越来越多的农业产区尝试使用无人机来进行农作物长势监测。与其他传统监测方式相比,使用无人机具有效率高、成本低和安全环保等优势。目前使用的农用无人机大多以多旋翼无人机和无人直升机为主,这两类无人机虽然在一定程度上提高了监测效率,但在载重量和巡航时间上与固定翼无人机相比还有一定的差距。固定翼无人机具有低空低速、载重量大、稳定可靠和巡航时间长的特点,弥补了旋翼无人机在载重量和巡航时间上的不足,对于提高监测效率、节约资源成本具有现实意义。要使农用无人机高效安全的执行监测任务,就必须对其飞行姿态进行精准的控制。本文将小型固定翼无人机作为研究对象,基于飞行控制理论,设计了无人机飞行姿态控制系统的整体技术架构,并开展了深入的研究。首先,以无人机机翼为计算模型,流体力学分析软件(Fluent)为计算工具,对该型实验无人机的气动性做了分析,得出了气动参数。通过分析气动参数,确定该无人机气动性良好,可以满足本文的实验要求。其次,根据气动性分析所得结果和无人机机体参数,结合无人机飞行控制理论中六自由度运动方程,通过小扰动原理的线性化建模方法,得出了无人机的纵向和横侧向运动的空间状态模型。在建立的运动模型基础之上,对无人机飞行姿态控制系统的俯仰角控制、高度控制、滚转角控制和偏航角控制运用模糊PID的控制策略进行了设计。最后,利用Simulink仿真工具对所设计的各姿态角控制回路及高度控制回路进行仿真实验,所得到的结果表明:该系统性能稳定、响应迅速,表现出了鲁棒性较强的特点。在验证性实验中,对所设计的无人机飞行姿态控制系统的实用性和稳定性进行充分的验证。实验场地选择在哈尔滨群力新区松花江堤坝侧空旷场地,经过航迹规划后的实际飞行,数据传输模块传回了飞行姿态数据。通过对所传回数据的整理和分析,证明了本文研究的无人机姿态控制系统可控性强,具有一定的抗干扰能力,为农用无人机的安全精准完成飞行任务提供了技术支撑。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S25
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本文编号：2674860