【摘要】：目前無人機(jī)的結(jié)構(gòu)多數(shù)為多旋翼結(jié)構(gòu)和固定翼結(jié)構(gòu),多旋翼無人機(jī)能實(shí)現(xiàn)垂直起降,但其速度慢,固定翼無人機(jī)機(jī)動(dòng)性好能高速巡航,但需要借助跑道起飛,因此針對(duì)一些特定的場(chǎng)合二者都不能滿足飛行的要求。本文設(shè)計(jì)的傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)是將多旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)和固定翼飛行器的結(jié)構(gòu)相結(jié)合,既能垂直起降又能實(shí)現(xiàn)高速巡航,是未來無人機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。作為一種新型飛行器,傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)具備飛行效率高、噪聲低、載重量大、機(jī)動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)的研究也越來越多,特別是針對(duì)傾轉(zhuǎn)旋翼這一特定機(jī)型的控制系統(tǒng)。本論文主要研究的是傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)的整體控制系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)在三種飛行模式下都能穩(wěn)定的飛行,特別是對(duì)于過渡過程,要穩(wěn)定的由多旋翼模式切換到固定翼模式。本文的具體研究工作如下:首先設(shè)計(jì)傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)外形結(jié)構(gòu),其飛行模式分為多旋翼飛行模式、過渡過程模式和固定翼模式,介紹三種飛行模式下的飛行原理。由于其在飛行過程中氣動(dòng)性復(fù)雜,需要分別建立三種飛行模式下傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型,并適當(dāng)作出假設(shè)條件簡(jiǎn)化動(dòng)力學(xué)模型,得出其運(yùn)動(dòng)方程和轉(zhuǎn)動(dòng)方程。接著介紹傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和原理,介紹了主控芯片、傳感器以及外部設(shè)備的選型,講述其原理。然后搭配出整個(gè)傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),從電機(jī)、螺旋槳、電調(diào)再到電池的選型,由飛行器的重量以及負(fù)載來確定所需要的升力,確定出這四者之間的搭配關(guān)系,組合出一套最佳的動(dòng)力系統(tǒng)。然后針對(duì)動(dòng)力學(xué)模型,設(shè)計(jì)控制器。在多旋翼模式下設(shè)計(jì)姿態(tài)回路和位置回路的控制器,分析其傳遞函數(shù)的伯德圖,得出最佳的參數(shù)。在過渡過程選擇了粒子群算法來搜索最優(yōu)的控制器參數(shù)和作用權(quán)重,利用Matlab仿真姿態(tài)角和位置。最后是整體軟件的設(shè)計(jì),由通訊模塊,遙控器模塊,姿態(tài)估計(jì)模塊,姿態(tài)位置控制模塊等組成,其中最重要的是姿態(tài)估計(jì)的程序設(shè)計(jì)。最后進(jìn)行實(shí)際試飛實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證控制系統(tǒng)的可行性,分析實(shí)際飛行過程中的姿態(tài)信息。
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V279;V249.1
【圖文】：

基于傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)的控制系統(tǒng)研究說我國(guó)研究?jī)A轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)存在著一些基礎(chǔ)上的難題：第一是實(shí)還不完善。第二是控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，系統(tǒng)的好壞很大程度上和穩(wěn)定性。不過隨著我國(guó)航天事業(yè)的快速發(fā)展，相信這些技術(shù)難出安全可靠穩(wěn)定高性能的傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)，發(fā)揮出最大的優(yōu)勢(shì)特

2.1 無人機(jī)的飛行模式和飛行原理2.1.1 飛行模式本文所設(shè)計(jì)的傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)采用四個(gè)旋翼，對(duì)稱分布在機(jī)翼的前后左右，在飛尾部采用傳統(tǒng)固定翼飛機(jī)的垂尾和平尾模式。相比于國(guó)際上主流的 V-22 魚鷹號(hào)傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)，擁有四個(gè)旋翼可以極大保持飛行過程中的穩(wěn)定性和安全性，當(dāng)其中兩個(gè)生故障失效時(shí)，另外兩個(gè)可以保持動(dòng)力。一般來說不管是傾轉(zhuǎn)二旋翼無人機(jī)還是傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)，其飛行模式大都可以分為以下三種：多旋翼飛行模式、過渡過程模式、定翼模式[9]。當(dāng)飛行垂直起降時(shí)，四個(gè)旋翼垂直于水平狀態(tài)，提供向上的升力，此時(shí)飛機(jī)處于旋翼飛行模式。當(dāng)飛機(jī)達(dá)到一定的初始速度后，四個(gè)旋翼從垂直于水平狀態(tài)偏轉(zhuǎn)到水狀態(tài)，即從 0-90 度的偏轉(zhuǎn)，這個(gè)過程處于過渡過程模式。當(dāng)四個(gè)旋翼偏轉(zhuǎn)到水平狀后，實(shí)現(xiàn)高速巡航，此時(shí)飛機(jī)處于固定翼模式。

2.1 無人機(jī)的飛行模式和飛行原理2.1.1 飛行模式本文所設(shè)計(jì)的傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)采用四個(gè)旋翼，對(duì)稱分布在機(jī)翼的前后左右，在飛尾部采用傳統(tǒng)固定翼飛機(jī)的垂尾和平尾模式。相比于國(guó)際上主流的 V-22 魚鷹號(hào)傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)，擁有四個(gè)旋翼可以極大保持飛行過程中的穩(wěn)定性和安全性，當(dāng)其中兩個(gè)生故障失效時(shí)，另外兩個(gè)可以保持動(dòng)力。一般來說不管是傾轉(zhuǎn)二旋翼無人機(jī)還是傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)，其飛行模式大都可以分為以下三種：多旋翼飛行模式、過渡過程模式、定翼模式[9]。當(dāng)飛行垂直起降時(shí)，四個(gè)旋翼垂直于水平狀態(tài)，提供向上的升力，此時(shí)飛機(jī)處于旋翼飛行模式。當(dāng)飛機(jī)達(dá)到一定的初始速度后，四個(gè)旋翼從垂直于水平狀態(tài)偏轉(zhuǎn)到水狀態(tài)，即從 0-90 度的偏轉(zhuǎn)，這個(gè)過程處于過渡過程模式。當(dāng)四個(gè)旋翼偏轉(zhuǎn)到水平狀后，實(shí)現(xiàn)高速巡航，此時(shí)飛機(jī)處于固定翼模式。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2774347