本文關(guān)鍵詞：涵道共軸旋翼飛行器建模與驗(yàn)證

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【摘要】：由于出色的懸停和低速飛行性能,旋翼飛行器一直是航空領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),然而出于力矩配平的需求,傳統(tǒng)旋翼飛行器的尺寸往往很大。近年來(lái),逐漸興起的涵道共軸旋翼飛行器既具備旋翼飛行器的低速性能,又在尺寸上得到了精簡(jiǎn),因此吸引了很多研究者的目光。本文研究對(duì)象就是某型涵道共軸飛行器的驗(yàn)證機(jī),主要工作就是對(duì)其進(jìn)行建模和模型驗(yàn)證。首先,使用傳統(tǒng)的滑流和葉素理論,并綜合實(shí)驗(yàn)方法,建立涵道共軸飛行器的飛行動(dòng)力學(xué)模型,完成了Matlab/Simulink飛行動(dòng)力學(xué)仿真模型的構(gòu)建,通過(guò)配平和線化處理得到了相關(guān)狀態(tài)下的小擾動(dòng)線化模型,進(jìn)行了飛行控制律設(shè)計(jì)以及經(jīng)典科目仿真飛行。其次,針對(duì)飛行器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。飛行控制系統(tǒng)包括了航電設(shè)備、飛控軟件和地面站系統(tǒng)。在模型估算結(jié)果基礎(chǔ)上,根據(jù)功率需求選取了電機(jī)、電調(diào)以及電源等設(shè)備,依據(jù)飛控系統(tǒng)對(duì)傳感器設(shè)備數(shù)據(jù)精度要求選取了IMU、GPS、高度計(jì)等傳感器設(shè)備。飛控計(jì)算機(jī)為自制產(chǎn)品,以STM32微型嵌入式處理器為核心,飛控程序以PID算法為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了增穩(wěn)控制回路和姿態(tài)控制回路,實(shí)現(xiàn)了驗(yàn)證機(jī)穩(wěn)定的飛行控制。地面站系統(tǒng)以地面監(jiān)控軟件為核心,利用通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)了與空中飛行器平臺(tái)之間的地空數(shù)據(jù)交換,地面監(jiān)控軟件涉及信息監(jiān)視與指令操控兩部分,軟件采用C#語(yǔ)言編寫(xiě),以模塊化編程設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)顯示、圖像記錄顯示、電子地圖、控制參數(shù)調(diào)試、指令發(fā)送等功能。接著,進(jìn)行了飛控系統(tǒng)測(cè)試和飛控參數(shù)整定試驗(yàn)。通過(guò)靜態(tài)調(diào)試、系留試驗(yàn)和試飛實(shí)驗(yàn)層層遞進(jìn)的調(diào)試方法,完成了飛控系統(tǒng)功能測(cè)試和飛控參數(shù)整定。對(duì)飛控系統(tǒng)硬件、軟件進(jìn)行全方位測(cè)試同時(shí),得到了可使飛行器穩(wěn)定飛行的控制參數(shù)。用硬系留、軟系留和不系留三級(jí)試驗(yàn)調(diào)試辦法完成了通道控制參數(shù)的整定,有效避免了飛行器平臺(tái)在試驗(yàn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的飛行不穩(wěn)定,極大減少了試驗(yàn)事故的發(fā)生。最后,在飛行數(shù)據(jù)采集、分析處理基礎(chǔ)上,完成飛行動(dòng)力學(xué)模型的驗(yàn)證。對(duì)模型進(jìn)行了配平驗(yàn)證、控制參數(shù)驗(yàn)證和仿真飛行驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明,模型具有很高精度。
【關(guān)鍵詞】：飛行動(dòng)力學(xué)建模 飛行控制 參數(shù)整定 飛行仿真 模型驗(yàn)證
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V275.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-15
• 第一章 緒論15-19
• 1.1 研究背景15
• 1.2 研究目的15-16
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 本文核心和主要工作17-18
• 1.5 本文章節(jié)安排18-19
• 第二章 飛行動(dòng)力學(xué)建模19-34
• 2.1 旋翼飛行器運(yùn)動(dòng)方程19-22
• 2.1.1 飛行器參數(shù)19
• 2.1.2 坐標(biāo)系19-20
• 2.1.3 質(zhì)心移動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程20-21
• 2.1.4 繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程21
• 2.1.5 補(bǔ)充方程21-22
• 2.2 共軸旋翼模型22-29
• 2.2.1 上旋翼模型22-28
• 2.2.2 下旋翼模型28-29
• 2.3 涵道（機(jī)身）模型29-30
• 2.3.1 涵道影響概述29
• 2.3.2 涵道模型29-30
• 2.4 誘導(dǎo)入流模型30-32
• 2.4.1 均勻入流模型30-31
• 2.4.2 動(dòng)態(tài)入流模型31-32
• 2.4.3 本文用入流模型32
• 2.5 飛行動(dòng)力學(xué)方程組32-33
• 2.6 本章小結(jié)33-34
• 第三章 模型控制設(shè)計(jì)與仿真34-46
• 3.1 模型線性化34-37
• 3.1.1 配平計(jì)算34-35
• 3.1.2 模型線性化35-36
• 3.1.3 線性模型分析36-37
• 3.2 模型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)37-41
• 3.2.1 模型穩(wěn)定性分析37-38
• 3.2.2 控制算法38-40
• 3.2.3 控制參數(shù)整定40-41
• 3.3 科目仿真41-45
• 3.3.1 直線飛行41-42
• 3.3.2 障礙滑雪42-44
• 3.3.3 向心回轉(zhuǎn)44-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第四章 飛行器系統(tǒng)構(gòu)成46-57
• 4.1 涵道共軸飛行器平臺(tái)46-50
• 4.1.1 飛行器平臺(tái)46-47
• 4.1.2 動(dòng)力系統(tǒng)47-49
• 4.1.3 傳感器49
• 4.1.4 飛控計(jì)算機(jī)49-50
• 4.1.5 操縱機(jī)構(gòu)50
• 4.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)50-52
• 4.2.1 飛控程序的整體構(gòu)架50-51
• 4.2.2 數(shù)據(jù)處理51-52
• 4.2.3 飛控算法52
• 4.2.4 操縱方式52
• 4.3 地面控制站系統(tǒng)52-56
• 4.3.1 地面站系統(tǒng)總體構(gòu)架52-54
• 4.3.2 用戶軟件設(shè)計(jì)概要54-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 第五章 飛行器平臺(tái)調(diào)試57-64
• 5.1 靜態(tài)測(cè)試57
• 5.2 系留調(diào)試57-58
• 5.2.1 硬系留調(diào)參57-58
• 5.2.2 軟系留調(diào)參58
• 5.2.3 不系留調(diào)參58
• 5.3 試飛調(diào)參58
• 5.4 調(diào)參試驗(yàn)與分析58-63
• 5.4.1 俯仰通道58-60
• 5.4.2 滾轉(zhuǎn)通道60-62
• 5.4.3 航向通道62-63
• 5.4.4 高度通道63
• 5.5 本章小結(jié)63-64
• 第六章 模型驗(yàn)證64-72
• 6.1 試飛試驗(yàn)64
• 6.1.1 懸停64
• 6.1.2 直線飛行64
• 6.1.3 爬升飛行64
• 6.1.4 回轉(zhuǎn)飛行64
• 6.2 配平驗(yàn)證64-68
• 6.2.1 配平計(jì)算64-65
• 6.2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)65-66
• 6.2.3 對(duì)比驗(yàn)證66-68
• 6.3 控制參數(shù)驗(yàn)證68
• 6.4 飛行仿真驗(yàn)證68-71
• 6.4.1 驗(yàn)證方法概述68
• 6.4.2 仿真驗(yàn)證68-70
• 6.4.3 仿真驗(yàn)證結(jié)論70-71
• 6.5 本章小結(jié)71-72
• 第七章 工作總結(jié)與展望72-74
• 7.1 研究工作總結(jié)72-73
• 7.2 工作展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 致謝77-78
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文78-79
• 附錄79

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 章勇;傾轉(zhuǎn)涵道無(wú)人機(jī)總體設(shè)計(jì)與研究[D];南昌航空大學(xué);2012年

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本文編號(hào)：977555