微型四旋翼飛行器總體設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)控制.pdf

1、微型四旋翼飛行器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)靈活性很高、可垂直起降的無(wú)人飛行器,具有極大的軍用和民用價(jià)值。由于主體尺度小、飛行速度低,微型四旋翼飛行器的飛行雷諾數(shù)較低。同時(shí),微型四旋翼飛行器也是一個(gè)具有空間6個(gè)自由度而只有四個(gè)輸入的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。低雷諾數(shù)下的空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題和欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制問(wèn)題是當(dāng)今微型四旋翼飛行器研究中的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。
　　本文針對(duì)上述兩個(gè)問(wèn)題對(duì)微型四旋翼飛行器建立了有限元模型和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,分別研究了微型四旋翼飛行器懸飛

2、過(guò)程中的氣動(dòng)特性和姿態(tài)控制方法,并通過(guò)仿真試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證,本文的研究工作主要包括以下幾個(gè)方面:
　　首先根據(jù)經(jīng)典力學(xué)與牛頓定律,建立了微型四旋翼飛行器的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型,并通過(guò)引入控制變量和忽略阻力系數(shù)對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化。
　　其次以實(shí)際搭建的微型四旋翼飛行器平臺(tái)為基礎(chǔ),在保持主體特征下盡量簡(jiǎn)化機(jī)身模型,通過(guò)UG軟件生成了微型四旋翼飛行器機(jī)身實(shí)體,并在Ansys軟件中完成了流場(chǎng)幾何模型的建立和有限元網(wǎng)格劃分。
　　

3、然后基于有限元方法對(duì)微型四旋翼飛行器施加多個(gè)邊界條件進(jìn)行了流固耦合仿真分析,研究了低雷諾數(shù)下微型四旋翼飛行器在懸飛過(guò)程中的周圍的流場(chǎng)分布,揭示了微型四旋翼飛行器的氣動(dòng)特性變化規(guī)律,此外,將流場(chǎng)分析得到的氣動(dòng)載荷加載到結(jié)構(gòu)分析模塊,研究了機(jī)身應(yīng)力分布情況和流固耦合特性,得到機(jī)身最大應(yīng)力所在位置及其振動(dòng)特性。
　　最后針對(duì)飛行器豎直向上飛行模式設(shè)計(jì)了線性化的PID控制器,運(yùn)用SIMULINK搭建了仿真模型,調(diào)整PID參數(shù)后的仿真結(jié)果驗(yàn)