检索结果-南通市图书馆

作者：那逸威吉林大学

学位级别：硕士

近年来,由无人机和无人车组成的空地异构多智能体编队因其良好的协同感知能力,被广泛应用于灾害救援,电力巡检,物流运输和环境保护等领域。因编队成员在工作空间和动力学模型等方面的差异性,由无人机和无人车所组成的空地异构智能体编... 详细信息

近年来,由无人机和无人车组成的空地异构多智能体编队因其良好的协同感知能力,被广泛应用于灾害救援,电力巡检,物流运输和环境保护等领域。因编队成员在工作空间和动力学模型等方面的差异性,由无人机和无人车所组成的空地异构智能体编队往往无法直接使用同构编队的协同控制器来实现稳定的编队及避障功能。为解决上述问题,本文以四旋翼无人机和差速驱动小车为研究对象,提出了基于一致性理论的多智能体编队协同协议,分别开发四旋翼无人机和差速驱动小车的轨迹跟踪控制器,实现了对无人机-无人车异构多智能体编队的协同控制。进而考虑无人机-无人车编队在复杂山地地形下的避障需求,开发了基于深度强化学习的无人机-无人车异构编队协同避障算法,并通过仿真实验来验证上述工作的有效性。本文主要工作内容如下:(1)从四旋翼无人机和差速驱动无人车的工作原理出发,结合二者在不同坐标系间的转换矩阵推导了它们的动力学模型。在此基础上论述二者各自动力学模型的特点,并提出了一种基于改进PID-ADRC算法的四旋翼无人机轨迹跟踪控制器和差速驱动无人车轨迹跟踪控制器,并考虑了控制器的外部扰动设计相应的对照仿真实验。(2)针对无人机-无人车异构编队的协同控制问题,在多智能体一致性理论的基础上,提出了一种新的智能体编队协同协议。该协议在传统一致性控制协议的基础上设置了补充输入项和自适应控制参数以拓展不同的编队构型,且证明了其稳定性,利用Matlab软件的数值仿真证实了该控制协议的稳定性和有效性。进而融合上述编队控制协议与改进PID-ADRC轨迹跟踪控制器,形成新的编队协同控制器,实现了无人机-无人车编队的协同控制,并搭建了基于可视化软件Skyline的三维仿真平台验证了其有效性。(3)考虑无人机-无人车异构编队在山地地形下的避障和节约能耗的需求,在编队协同控制器的基础上,基于深度强化学习算法开发了异构编队的避障算法。具体是基于深度强化学习中的DDPG算法,将智能体的避障和节约能耗的需求作为算法奖励函数的优化目标,训练智能体在障碍环境下求解最优的避障路径。继而设计出基于Matlab的数值仿真模型验证该算法的可行性。最后,结合改进后的智能体PID-ADRC轨迹跟踪控制器,并依托三维可视化软件Skyline对上述智能体编队避障控制器的避障性能进行了仿真验证。综上所述,本文中所提出的智能体轨迹跟踪控制算法、智能体编队协同控制算法和智能体编队避障控制算法能够有效实现由四旋翼无人机和差速驱动无人车组成的空地异构编队的协同控制及山地避障功能,为今后异构智能体编队协同控制的深入研究提供了思路。

关键词：无人机无人车轨迹跟踪协同控制避障控制

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火山环境下小型无人直升机飞行控制器研究

火山环境下小型无人直升机飞行控制器研究

作者：杨佳诺吉林大学

学位级别：硕士

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风沙环境下四旋翼无人机控制技术研究

风沙环境下四旋翼无人机控制技术研究

作者：周广利吉林大学

学位级别：硕士

本文针对四旋翼无人机飞行中存在的复杂干扰情况,提出基于改进模糊滑模算法(Logical Framework with Side Conditions,以下简称LFSC)的飞行控制策略。本文对传统滑模算法、传统模糊滑模算法、LFSC控制算法、风沙两相流复杂环境分别进行... 详细信息

本文针对四旋翼无人机飞行中存在的复杂干扰情况,提出基于改进模糊滑模算法(Logical Framework with Side Conditions,以下简称LFSC)的飞行控制策略。本文对传统滑模算法、传统模糊滑模算法、LFSC控制算法、风沙两相流复杂环境分别进行了研究,消减滑模算法所产生的输入抖振,为后续提高四旋翼无人机的控制性能奠定了基础。本文论述了滑模算法抖振现象的产生原因及减小抖振必要性,通过建立四旋翼无人机的仿真模型,对传统滑模算法和传统模糊滑模算法进行仿真对比分析得出传统滑模算法和传统模糊滑模算法应用到四旋翼无人机控制系统中均存在输入抖振现象,模糊滑模算法通过引入模糊控制器,减小了系统达到稳态后的稳态误差,但仍然保证系统在有限时间内状态变量误差趋近于0,进而提出了LFSC控制算法。LFSC控制算法在传统模糊滑模算法的基础上,设计出新的模糊规则控制器并引入线性干扰预测模型来平衡外界干扰以保证系统的鲁棒性。经过对比仿真,本文提出的LFSC控制算法相比于传统滑模算法和传统模糊滑模算法,既可以保证四旋翼无人机控制系统的状态变量都能在有限时间内趋近于0,又可以显著降低控制输入的高频抖振,同时提高了四旋翼无人机控制系统的鲁棒性和精确性。本文在软件ANSYS中建立四旋翼无人机有限元模型,深入研究四旋翼无人机在风沙两相流复杂条件下所受到的典型干扰。对风沙两相流的初始气流速度、颗粒直径和颗粒浓度进行差异分析,结果表明四旋翼无人机所受外界干扰的力和力矩与颗粒浓度和初始气流速度呈现强正相关性,在10μm-100μm范围内与颗粒直径大小无关。针对四旋翼无人机受外界干扰力和力矩最大情况对LFSC控制算法进行深度验证,结果表明LFSC控制算法能有效保持四旋翼无人机在风沙两相流复杂环境下的强鲁棒性。为验证本文所提LFSC算法的实际应用,搭建了四旋翼无人机算法软件测试平台,并进行了实际飞行测试,结果证实了所提LFSC算法的有效性和可行性。本文对四旋翼无人机系统在复杂环境下的控制性能和鲁棒性提高,更深层次地探索四旋翼无人机控制系统设计提供了重要参考。

关键词：四旋翼无人机抖振滑模算法模糊规则风沙环境

基于摩擦纳米发电机的无人机风速传感技术研究

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基于摩擦纳米发电机的无人机风速传感技术研究

作者：周志聪吉林大学

学位级别：硕士

近年来,随着智能传感与先进制造技术的高速发展,如无人机等智能设备在极端条件或复杂环境中的作业能力得以提升。相应地在无人机作业过程中,需要通过各传感器对外部环境的数据信息进行采集,随后对其详细分析,以满足后续的控制要求。风... 详细信息

近年来,随着智能传感与先进制造技术的高速发展,如无人机等智能设备在极端条件或复杂环境中的作业能力得以提升。相应地在无人机作业过程中,需要通过各传感器对外部环境的数据信息进行采集,随后对其详细分析,以满足后续的控制要求。风速是衡量无人机运行状态的重要参数之一。现有无人机测量风速所采用的方法一般是通过飞控系统获得无人机的方位角等角度参数,随后结合受力分析计算出空气阻力,通过空气阻力推算风速。上述方法存在风速计算精度较低、计算误差较大等局限,且欠缺对不同类型无人机的适用性。此外,风速传感器需要依靠外部电源进行供电,进一步限制了其结构在无人机领域的应用。立足传感对无人机作业的重要性,本文提出了一种基于摩擦纳米发电机的适用于无人机的弧形震颤驱动风速传感器(Arc-shaped flutter-driven wind speed sensor based on triboelectric nanogenerator,以下简称AW-TENG)。主要研究内容为:(1)根据摩擦纳米发电机的工作原理,选取接触分离式摩擦纳米发电机作为研究对象,对其产生的电信号理论关系进行推导。将卡门涡街理论作为空气震颤式传感器的理论依据,对风场产生的干扰力与力矩进行公式推导,以小波变换理论作为传感器数据处理的方法。(2)对AW-TENG进行了弧形结构设计。根据摩擦纳米发电机的相关理论进行电极与电介质膜的材料选型,整体参数设计以及传感工作过程分析。利用COMSOL软件将AW-TENG的电场分布情况进行电荷仿真,证明其工作过程中存在电势变化。(3)开展了AW-TENG的相关传感实验。对极板间距、弧度和弧度方向三个影响因素进行了研究,选择AW-TENG的最佳结构参数为弧度高宽比1:15与极板间距4 mm,弧度方向可根据无人机实际应用灵活调整。随后验证了最佳结构的传感性能,AW-TENG在6-20 m/s的风速范围内所能达到的电压频率为50-200 Hz,灵敏度为9.88 Hz·s/m,拟合优度R=0.998。同时,AW-TENG所能达到的电压范围约为30-55 V,产生的电流范围约为8-28μA。随后开展环境适应性实验,结果表明AW-TENG在不同输入模式(稳定、渐变与随机风速)、不同温湿度的环境下维持了电压频率的稳定性,满足风速传感器在实机飞行中的传感要求。(4)继而根据AW-TENG的风速传感特性对无人机抗干扰控制进行了仿真研究,结果证明基于AW-TENG的改进滑模(SMC)控制器在遇到突变风速干扰时,其最大位移误差均小于5×10 m,调节时间均小于0.5 s,与传统的SMC控制器相比,其稳态位移误差减小约2%,满足了稳定性等相关控制要求。(5)最后,将AW-TENG的风速传感与无线传输功能在无人机实机应用中进行了验证。在无人机处于风场环境时,AW-TENG对无人机所处风场的风速进行读取与计算,并通过无线数据传输系统将风速值传递至地面站。当处于8 m/s,11 m/s与14 m/s的稳定风速状态下,对比商用风速传感器与AW-TENG的传感性能,二者的风速测量值均与实际风速相吻合。以上研究结果证明了本文提出的AW-TENG满足无人机作业的风速传感要求,为今后无人机实际工程作业提供了有力支撑。

关键词：无人机摩擦纳米发电机摩擦电式传感器风速监测

改革开放以来中国共产党统一战线工作的基本经验研究

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改革开放以来中国共产党统一战线工作的基本经验研究

作者：夏玲玲扬州大学

学位级别：硕士

统一战线作为中国共产党执政兴国的重要法宝和政治优势,在我国改革开放的伟大事业中发挥了极其重要的作用。本文以改革开放以来党的统一战线工作作为研究对象,运用马克思主义统一战线工作理论分析了改革开放以来党的统一战线工作理论的... 详细信息

统一战线作为中国共产党执政兴国的重要法宝和政治优势,在我国改革开放的伟大事业中发挥了极其重要的作用。本文以改革开放以来党的统一战线工作作为研究对象,运用马克思主义统一战线工作理论分析了改革开放以来党的统一战线工作理论的形成、性质和地位等,通过对改革开放以来党的重要文献进行全面研读和分析,学习领悟改革开放以来党的统一战线的理论基础及创新演变。统一战线在民主党派工作、宗教工作、民族工作中协调关系、化解矛盾、维护社会安定团结等方面有着无法比拟的优势和成效,最大程度地吸纳、巩固和团结了广大爱国主义和社会主义人士。改革开放40多年来,国家与社会的面貌日新月异,党的统一战线理论与实践实现了创新与发展。在中国特色社会主义理论体系思想的引领下,统一战线经验积微成著,统一战线的同心圆越画越大。在梳理和总结改革开放以来统一战线基本理论和成效的基础上,从理论创新、体制机制改革、统战立法等方面总结凝练出我国改革开放40多年来的统一战线工作的基本经验。新时代,统一战线不仅在协调社会主要矛盾、社会阶层结构分化、利益诉求多样化方面的作用愈加突出,而且在思想引领和凝聚社会共识方面的作用也愈加突出。当前,随着改革的深化、利益关系的调整,统一战线工作面临着新的形势与挑战,因此,在把握党领导一切的历史逻辑和实践逻辑的同时强化统战工作意识,运用统战思维凝聚磅礴力量,为实现“两个一百年”的奋斗目标而努力,为统一战线工作的实践创新提供有益参考。

关键词：中国共产党统一战线统战工作基本经验民族复兴

燃料电池混合电源多旋翼无人机轨迹规划与能量管理研究

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燃料电池混合电源多旋翼无人机轨迹规划与能量管理研究

作者：王杰吉林大学

学位级别：硕士

近年来,多旋翼无人机具有体积小,灵活度高等优点广泛应用于生活中的各个领域,因此其关键技术也受到了较大关注。其中多旋翼无人机的续航能力是需要攻克的难题。如今多旋翼无人机一般以锂离子电池作为动力源,不足以做到长时间的续航。虽... 详细信息

近年来,多旋翼无人机具有体积小,灵活度高等优点广泛应用于生活中的各个领域,因此其关键技术也受到了较大关注。其中多旋翼无人机的续航能力是需要攻克的难题。如今多旋翼无人机一般以锂离子电池作为动力源,不足以做到长时间的续航。虽然燃料电池的能量密度比锂电池大,但是其功率密度较小,难以满足无人机的机动性,因此采用燃料电池与锂电池混合电源的形式提高续航能力。本文基于吉林省科技厅科技攻关项目:快速反应抢险救灾垂直起降无人机系统装备研制及应用开发(项目号20190303061SF),对燃料电池混合电源多旋翼无人机的轨迹规划以及能量管理策略进行研究。本文的主要工作内容如下:(1)首先建立不同的坐标系以及旋转矩阵,并对四旋翼无人机的位置动力学以及姿态动力学建模并适当简化。随后建立燃料电池混合电源系统的各个部件的模型,其中电池模型采用PNGV等效电路模型,燃料电池模型采用机理模型。建立的模型为后续的轨迹规划以及能量管理策略提供理论支撑。同时通过对无人机混合电源的各种拓扑结构方案的论证,确定其中一种结构作为无人机混合电源系统的结构。(2)针对四旋翼无人机的轨迹规划问题,对目前无人机轨迹规划的地图建模方法进行详细阐述,并基于数字高程法建立飞行空间模型。以全局的飞行能耗最小以及飞行距离最小为目标函数,建立四旋翼无人机的多目标轨迹优化模型,采用NSGA-II算法求解多目标优化模型,搜索出一条最优的飞行轨迹。同时将传统遗传算法与NSGA-II算法进行对比分析,结果表明NSGA-II算法比传统的遗传算法收敛速度快,搜索到的轨迹飞行距离更小。最后将单一考虑飞行距离的优化模型与多目标优化模型进行对比,验证了多目标优化模型不仅可以节省0.37%能量消耗,还可以缩短7.86%的飞行距离。(3)为提高混合电源四旋翼无人机的续航能力,本文开发出分层模型预测控制策略,实现四旋翼无人机在混合电源之间功率的合理分配,并提高动力系统的经济性。通过仿真对比,分层模型预测控制策略相比于模糊逻辑控制策略以及等效燃料消耗最小策略,可以更好的节省氢气消耗。同时,为提高分层模型预测控制方法中功率预测的准确性与快速性,本文提出一种灰色马尔可夫的预测方法。灰色马尔可夫预测方法比灰色预测模型、马尔可夫预测模型以及差分整合移动平均自回归模型的预测结果误差更小,更适合作为无人机负载的功率预测方法。最后对上述的能量管理策略进行仿真和硬件在环实验。实验结果证明,分层模型预测控制具有较好的燃料经济性,相较于模糊逻辑控制和等效燃料消耗最小策略,可以分别节省3.8%和5.51%的氢气消耗。研究结果表明,在轨迹规划算法中将飞行能耗与飞行距离作为多优化目标,搜寻到的最优的飞行轨迹,其相比于飞行距离的单目标优化能耗更小,同时合理的能量管理策略可以提高无人机混合电源系统的续航能力和经济性。

关键词：四旋翼无人机混合电源系统轨迹规划预测控制能量管理策略

新时代党内集中教育的历史考察与基本经验研究

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新时代党内集中教育的历史考察与基本经验研究

作者：柳玉婷扬州大学

学位级别：硕士

党内集中教育是中国共产党推进自我革命的重要途径,是推进思想政治建设的有力举措。马克思主义经典作家以及中国共产党人关于党内教育的论述中的思想是新时代党内集中教育的理论依据。国际意识形态领域斗争加剧、国内社会转型发展形势... 详细信息

党内集中教育是中国共产党推进自我革命的重要途径,是推进思想政治建设的有力举措。马克思主义经典作家以及中国共产党人关于党内教育的论述中的思想是新时代党内集中教育的理论依据。国际意识形态领域斗争加剧、国内社会转型发展形势变化和加强执政党建设的题中之义对党的执政能力和水平提出了更高要求,是新时代党内集中教育现实依据。新时代党内集中教育在推进党的建设新的伟大工程和传播发展马克思主义方面具有重要意义。通过增强党的政治领导力、思想引领力、群众组织力和社会号召力,推进党的建设新的伟大工程;通过推动马克思主义理论创新、与时俱进、有效传播,推进马克思主义中国化时代化大众化。新时代党内集中教育的发展历程是一体推进的,具有内在的共性特征,即教育内容围绕党的建设主线、教育形式坚持双路相融并进。新时代党内集中教育成效显著,趋于成熟,其中蕴含的基本经验具有极大参考价值,可以归纳总结为四对关系,即坚持目标导向与问题导向相统一,坚持抓住“关键少数”与覆盖全体党员相统一,坚持思想建党与制度治党相统一,坚持继承优良传统与创新方式方法相统一。今后相当长一段时期内,新时代仍将是我国所处的历史方位,是面临的最大国内形势。基于这一形势判断,深化党内集中教育,要在传承和发扬党的十八大以来党内集中教育的基本经验的基础上,通过紧扣不同教育对象特点、依托网络跨越时空局限,进一步增强党内集中教育实效;通过建立健全党内集中教育的执行机制和监督机制,进一步推动党内集中教育制度化。

关键词：新时代党内集中教育历史考察基本经验

气液两相流环境下小型无人直升机的飞行控制器研究

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气液两相流环境下小型无人直升机的飞行控制器研究

作者：李航吉林大学

学位级别：硕士

小型无人直升机具有独特的飞行性能及实用价值,在民用与军事领域均发挥了重要作用,也因此受到科研人员的重视并且展开大量研究。小型无人直升机具有高阶非线性、易受干扰、耦合性强等特点,对飞行控制技术有较高要求,故开展飞行控制技术... 详细信息

小型无人直升机具有独特的飞行性能及实用价值,在民用与军事领域均发挥了重要作用,也因此受到科研人员的重视并且展开大量研究。小型无人直升机具有高阶非线性、易受干扰、耦合性强等特点,对飞行控制技术有较高要求,故开展飞行控制技术的研究有重要的实际应用价值与理论意义。本文对小型无人直升机的动力学建模及其飞行控制方法进行研究,为气液两相流环境下保持稳定飞行的控制算法研究奠定了基础,主要研究内容为:(1)由于小型无人直升机模型的复杂性以及参数不确定性,在建模过程中进行合理简化并且保留全部重要动力学特征,建立一个相对完整的小型无人直升机模型。首先列出了机体的刚体运动学与动力学方程。随后利用机理建模法,推导出主旋翼动力学模型及其挥舞运动模型,并建立了简化的偏航动力学模型。同时考虑到直升机复杂的气动特性,对其余部件如机身、垂尾与平尾进行了空气动力学分析,推导出其完整非线性模型。由于非线性模型难以求解,因此将非线性模型在平衡点采用小扰动理论进行线性化,为后续控制方法的研究提供支撑。(2)小型无人直升机属于欠驱动且多输入多输出系统,在工作时耦合干扰严重,因此对飞行鲁棒性能提出了更高要求。由于小型无人直升机状态变量较多,本文采用内外环串级回路控制方法,简化了控制器设计过程。将飞行控制器拆分为用于姿态控制的内环与用于位置控制的外环。针对内环姿态控制,本文介绍了两种基于的控制技术,分别为传统的回路成型控制方法,以及低阶参数化的回路成型算法,低阶化方法相较于传统回路成型方法能够有效降低控制器阶数至6阶,并且可节省求解时间约5%,在俯仰、滚转、偏航三个通道响应分别减少约5%的超调量和0.3s左右的上升时间,并且降低了与其他通道的耦合。结果表明本文提出的低阶参数化姿态控制器能够起到良好的控制效果。(3)考虑到小型无人直升机在恶劣环境下易受到外界干扰的工作特性以及空气动力学参数的不确定性,外环控制器采用线性自抗扰控制技术,以保证良好的适应性。在Matlab-Simulink中建立二阶高度模型与二阶水平位置模型,分别设计线性自抗扰控制器(LADRC)。时域仿真结果表明所设计的LADRC位置控制器可将系统超调量控制在目标数值的1%之内,且在2s左右达到稳态平衡,无稳态误差。在频域分析中,(3(3、(4(4、(5(5三个方向的位置闭环系统幅值裕度均大于6d B,相位裕度均大于45°,满足无人直升机航空设计标准性能规范。结果表明所提位置控制器能够提供良好的控制性能。(4)对小型无人直升机在气液两相流环境下工作时所受干扰进行模拟仿真实验。本文将环境设置为降雨,在Ansys-Fluent软件中导入研究小型无人直升机模型,同时对旋翼区使用动网格技术,在仿真中设置适当的边界条件以接近真实物理环境。得出研究对象在气液两相流环境下所受干扰力与力矩数据后,作为控制器的干扰输入来检验所提算法效果,在Matlab软件中控制器仿真结果得出,在气液两相流的干扰下姿态控制器仍能快速在2s左右稳定且波动幅度不超过5%,位置控制器相对经典的PID控制器能够快速响应并且消除外界干扰。最终结果表明本文所提出的控制器能在相对恶劣的气液两相流工作环境中满足实际工作对小型无人直升机的控制要求,为探究气液两相流环境下小型无人直升机飞行控制技术提供了思路。

关键词：小型无人直升机建模气液两相流鲁棒控制自抗扰控制

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四旋翼无人机燃料电池混合动力系统研究

四旋翼无人机燃料电池混合动力系统研究

作者：程智博吉林大学

学位级别：硕士

在无人机于众多领域得到广泛应用的大背景下,研究人员对无人机动力系统的性能要求也越来越高。本文基于吉林省科技厅科技攻关项目:快速反应抢险救灾垂直起降无人机系统装备研制及应用开发(项目号20190303061SF),针对现有四旋翼无人机若... 详细信息

在无人机于众多领域得到广泛应用的大背景下,研究人员对无人机动力系统的性能要求也越来越高。本文基于吉林省科技厅科技攻关项目:快速反应抢险救灾垂直起降无人机系统装备研制及应用开发(项目号20190303061SF),针对现有四旋翼无人机若以电池为唯一动力源则续航能力较差、而若为提高无人机续航能力在无人机中应用内燃机作为动力源又会污染环境的问题,提出了一种燃料电池混合动力无人机动力系统设计方案,在完成动力系统主要部件的建模、选型工作的同时开发了相应的能量管理策略,本文的主要工作如下:(1)对四旋翼无人机混合动力系统可能架构的优缺点进行分析,确定了燃料电池与电池侧均有DC/DC变换器的混合动力系统架构,剖析了四旋翼无人机基于此种混合动力系统架构执行飞行任务时的拓扑结构和能量流,并完成了动力系统主要部件的建模工作。(2)基于四旋翼无人机的总体性能指标与典型任务轨迹,对四旋翼无人机动力系统中的电机、电调、螺旋桨等部件进行选型。而后,为确定四旋翼无人机混合动力系统的参数,本文选择燃料电池额定功率、电池容量、储氢瓶容积为设计变量,以无人机续航时间最久、混合动力系统总重量最轻且总体积最小为优化目标,建立了四旋翼无人机混合动力系统的多目标优化模型,并通过NSGA-Ⅱ算法求解该模型获得了混合动力系统的配置参数。随后,本文从续航时间和采购价格两个角度对比分析了无人机混合动力系统与无人机电池动力系统的性能优劣。(3)为提高四旋翼混合动力无人机的综合性能,本文开发了基于模糊逻辑控制(FL)与等效燃料消耗最小(ECMS)的两种能量管理策略,实现了负载功率在燃料电池和电池两种不同种类动力源间的合理分配。同时,为提高混合动力系统中燃料电池的耐久性,本文在ECMS策略的基础上提出了一种燃料电池耐久性优化方法,并基于此方法提出了耐久性优化ECMS策略(优化ECMS)。最后,本文在仿真和硬件在环实验环境中对不同能量管理策略的能量管理效果进行了实验,实验结果显示优化ECMS策略可以很好地兼顾系统燃料经济性和燃料电池耐久性,在两种实验负载功率曲线中与FL策略相比分别可节约6.3%和8.2%的氢气消耗,同时分别降低了49.9%和21.0%的燃料电池应力。研究结果表明,在四旋翼无人机中应用燃料电池混合动力系统有利于提高无人机的续航能力,同时合适的能量管理策略对提高混合动力系统的经济性和耐久性有积极作用。

关键词：四旋翼无人机混合动力系统参数匹配能量管理

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小型无人直升机操纵机构设计与研究

小型无人直升机操纵机构设计与研究

作者：刘剑波吉林大学

学位级别：硕士

小型无人直升机具有垂直起降、悬停、低速巡航、高机动性等特性,因此已被广泛用于各个领域。无人直升机的操纵机构相对于其他无人飞行器较为复杂,需要其特有的操纵机构即斜盘机构来实现对主旋翼的总距控制及周期变距控制,从而实现对直... 详细信息

小型无人直升机具有垂直起降、悬停、低速巡航、高机动性等特性,因此已被广泛用于各个领域。无人直升机的操纵机构相对于其他无人飞行器较为复杂,需要其特有的操纵机构即斜盘机构来实现对主旋翼的总距控制及周期变距控制,从而实现对直升机飞行姿态的控制。小型无人直升机操纵机构的精确运动学模型对于求解驱动器输入是至关重要的,且其精确动力学模型能为后续小型无人直升机飞控系统的设计提供基础。直升机操纵机构是一个具有多支链的并联机构,输入输出之间具有复杂的非线性关系,可认为是一个多体系统,故建立其运动学模型和动力学模型较困难。本文首先结合直升机操纵机构的典型执行动作,采用李群论对操纵机构的所有可用支链进行了详细分析,然后选择合理的支链形式,并采用三个旋转舵机作为驱动器,提出了一种适用于小型无人直升机的无小翼操纵机构,并采用螺旋理论对机构的自由度进行了正确性验证。本文结合并联机构的特性对操纵机构进行了运动学分析,建立其完整的精确运动模型,得出主旋翼桨距角与操纵机构输入之间的非线性逆运动对应规律。对机构的速度和加速度特性进行分析,得出每个零件的雅可比矩阵,在精确运动学模型基础上采用遗传算法对操纵机构进行了空间优化。采用虚功原理对操纵机构进行逆动力学分析,利用各个零件的雅可比矩阵得到了操纵机构的逆动力学解,进而结合桨叶动力学模型和舵机模型建立了完整的小型无人直升机操纵系统数学模型。在软件Recurdyn中搭建操纵机构的刚体模型,在软件Matlab中搭建数学模型,经过联合数值分析对比计算结果与仿真结果的一致性,证明本文提出的操纵机构模型的正确性和有效性。然后对位姿信号分解进行舵机负载的仿真分析,可得三个舵机的等边三角形布置实现了负载的均匀分布,且操纵机构能实现对主旋翼总距和周期变距的有效控制。

关键词：小型无人直升机操纵机构李群论运动学模型动力学模型仿真分析