發(fā)布時間：2021-08-23 18:18

　　傳統(tǒng)多旋翼飛行器通過姿態(tài)的直接控制來間接控制平移速度和位置,無法實現(xiàn)空間六自由度運動的獨立操控,限制了其在復(fù)雜空間環(huán)境下的適應(yīng)性和交互能力。本文針對一種可實現(xiàn)空間六自由度運動獨立操控的四旋翼飛行器開展飛行力學(xué)與控制問題研究,從能耗最小的角度,認識和分析了穩(wěn)定飛行狀態(tài)的最優(yōu)配平特性和瞬態(tài)過渡飛行的最優(yōu)控制規(guī)律,為該類飛行器的飛行控制系統(tǒng)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。首先,采用多體動力學(xué)和旋翼空氣動力學(xué)相關(guān)理論和方法,建立了該四旋翼飛行器的飛行動力學(xué)模型。為更真實的模擬其能耗特性,在旋翼氣動建模中考慮了旋翼相對空氣的垂向運動速度對拉力和需用功率的影響。在此基礎(chǔ)上,建立了該飛行器在任意懸停和平飛狀態(tài)下的平衡方程,針對其過驅(qū)動、欠定系統(tǒng)的特點,以能耗最小為目標,進行了不同姿態(tài)和不同速度下的最優(yōu)配平計算,分析了能耗最小平衡狀態(tài)的操縱規(guī)律以及力和力矩之間的平衡關(guān)系。然后,基于最優(yōu)控制理論,采用非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃方法,對定速變姿態(tài)和定姿態(tài)變速瞬態(tài)過程的能耗最小控制律進行了數(shù)值分析,總結(jié)了該飛行器能耗最小最優(yōu)控制下的操縱與運動規(guī)律。最后,以能耗最小最優(yōu)控制律作為前饋操縱輸入,對定速變姿態(tài)和定姿態(tài)變速瞬態(tài)過程進行了仿真,通... 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

MarkusRyll等人設(shè)計的過驅(qū)動四旋翼在2015年他們又介紹了一種可傾轉(zhuǎn)的六旋翼飛行器，相比常規(guī)六旋翼，每個旋翼有兩個傾

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文y ，Moustafa Elshafei 等研究人員，介紹了一種每個旋翼具對角旋翼反向轉(zhuǎn)動，這種四旋翼除了具有六自由度獨立操其中一個旋翼壞掉之后，只依靠兩個旋翼依然可以平衡，. Cappelleri 團隊于 2013 年提出了一種傾轉(zhuǎn)涵道的六自由度，如圖 1.3 所示，由一個大的涵道風(fēng)扇提供升力克服大部分提供剩余的升力，并且當飛行器需要前飛或側(cè)飛得時候，隊對飛行器進行了動力學(xué)建模、姿態(tài)穩(wěn)定控制、懸停/軌跡了室內(nèi)實驗試飛。

提供剩余的升力，并且當飛行器需要前飛或側(cè)飛得時候，隊對飛行器進行了動力學(xué)建模、姿態(tài)穩(wěn)定控制、懸停/軌跡了室內(nèi)實驗試飛。圖 1.3 Omnicopter 的結(jié)構(gòu)布局rea 等人在 2016 年國際機器人與自動控制會議上提出的全機身上裝有環(huán)繞機身 360°的八個螺旋槳，如圖 1.4。以此現(xiàn)姿態(tài)與位移的獨立控制，其借助位置捕捉系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]四旋翼機動動作最優(yōu)控制模型設(shè)計[J]. 李博,秦帥,李小民,楊森.  電光與控制. 2018(02)
[2]傾轉(zhuǎn)旋翼機動態(tài)傾轉(zhuǎn)過渡過程的操縱策略優(yōu)化[J]. 嚴旭飛,陳仁良.  航空學(xué)報. 2017(07)
[3]飛行器軌跡優(yōu)化數(shù)值算法綜述[J]. 黃國強,陸宇平,南英.  中國科學(xué):技術(shù)科學(xué). 2012(09)
[4]微小型四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)[J]. 聶博文,馬宏緒,王劍,王建文.  電光與控制. 2007(06)
[5]MEMS研究的新進展——微型系統(tǒng)及其發(fā)展應(yīng)用的研究[J]. 李路明,王立鼎.  光學(xué)精密工程. 1997(01)

博士論文
[1]基于控制變量參數(shù)化的帶約束最優(yōu)控制問題計算方法[D]. 胡云卿.浙江大學(xué) 2013

碩士論文
[1]航天器氣動輔助攔截軌跡優(yōu)化問題研究[D]. 李季.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]新構(gòu)型傾轉(zhuǎn)四旋翼飛行器總體方案設(shè)計與研究[D]. 朱海東.南京航空航天大學(xué) 2016
[3]四旋翼飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計[D]. 魏麗文.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[4]關(guān)于序列二次規(guī)劃（SQP）算法求解非線性規(guī)劃問題的研究[D]. 石國春.蘭州大學(xué) 2009
[5]小型四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)研究與設(shè)計[D]. 劉煥曄.上海交通大學(xué) 2009
[6]四旋翼飛行器自動駕駛儀設(shè)計[D]. 楊明志.南京航空航天大學(xué) 2008
[7]四旋翼碟形飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計及控制方法研究[D]. 王俊生.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2007



本文編號：3358363