多旋翼无人飞行器关键技术研究

发布时间：2017-08-11 06:00

  本文关键词：多旋翼无人飞行器关键技术研究

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【摘要】：多旋翼无人飞行器由于具有垂直起降、机动灵活等特点,在近几年得到社会的广泛关注。本文从工程应用角度出发,研究了多旋翼和共轴双旋翼混合构成多旋翼飞行器的关键技术,并对这种构型的多旋翼无人机进行结构设计和控制系统仿真。具体来说,本文的主要内容包括以下几个方面。(1)研究了多旋翼无人飞行器的发展现状和背景,明确说明了课题研究目的与意义。阐述了多旋翼无人飞行器的飞行控制原理,基于牛顿第二定律和刚体转动定律对多旋翼飞行器的运动进行分析,并建立了动力学模型,同时分析了共轴双旋翼的运动机理。(2)提出了一种共轴双旋翼的升力测试方法,使用Solidworks三维建模软件设计了升力测试平台,并对平台的静强度进行分析,完成了升力测试实验。(3)分析了共轴双旋翼的传动原理,并在此基础上使用Solidworks设计了一个传动装置,该装置可以实现将动力等速反向传递给双旋翼。之后又设计了一个四旋翼和共轴双旋翼混合构型的一体式多旋翼无人飞行器,使用ANSYS Workbench有限元分析软件对该型多旋翼飞行器进行静力学分析和模态分析。(4)简化了多旋翼飞行器的动力学方程,以MATLAB/Simulink为仿真工具,设计出PID控制器,搭建了各个模块的的Simulink框图,得到了滚转、俯仰、偏航、高度四个通道的阶跃响应曲线,对比了加入共轴双旋翼拉力之前和之后,多旋翼飞行器姿态和高度响应的变化。
【关键词】：多旋翼 共轴双旋翼 测试系统 飞行控制系统
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题研究目的与意义9-11
• 1.2 多旋翼飞行器的发展历程及研究现状11-19
• 1.2.1 多旋翼飞行器发展历程11-13
• 1.2.2 多旋翼飞行器国内外研究情况13-15
• 1.2.3 多旋翼飞行器研究现状及前景15-19
• 1.3 论文主要工作与内容安排19-20
• 第2章 多旋翼无人飞行器原理20-37
• 2.1 多旋翼飞行器飞行控制原理20-31
• 2.1.1 多旋翼飞行器结构及原理介绍20-23
• 2.1.2 定义姿态角及推导坐标转换矩阵23-26
• 2.1.3 系统动力学模型建立26-31
• 2.2 共轴双旋翼飞行器原理31-36
• 2.3 本章小结36-37
• 第3章 共轴双旋翼升力测试方法与实验研究37-52
• 3.1 升力测试系统设计37-45
• 3.1.1 solidworks三维建模软件介绍37-40
• 3.1.2 升力测试平台设计40-41
• 3.1.3 测试平台静强度分析41-45
• 3.2 旋翼升力测试方法45-48
• 3.3 共轴双旋翼升力实验结果分析48-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第4章 多旋翼无人飞行器结构设计及有限元分析52-68
• 4.1 共轴双旋翼传动装置结构设计52-55
• 4.2 多旋翼飞行器总体结构设计55-56
• 4.3 多旋翼飞行器结构有限元分析56-67
• 4.3.1 Ansys Workbench有限元分析软件介绍56-59
• 4.3.2 结构静力学分析59-64
• 4.3.3 模态分析64-67
• 4.4 本章小结67-68
• 第5章 多旋翼无人飞行器动力学建模及仿真分析68-79
• 5.1 多旋翼飞行器动力学模型简化68-70
• 5.2 PID控制器仿真70-78
• 5.2.1 PID控制原理70-71
• 5.2.2 仿真模型建立71-74
• 5.2.3 结果分析74-78
• 5.3 本章小结78-79
• 结论79-81
• 参考文献81-84
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单84-85
• 致谢85

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本文编号：654474