馬格努斯涵道飛行器動(dòng)力學(xué)分析及控制仿真.pdf

1、無人機(jī)是能夠?qū)崿F(xiàn)戰(zhàn)略偵察、火力打擊、通信中繼、電子壓制等軍事任務(wù)的作戰(zhàn)平臺(tái),已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中不可或缺的軍事裝備。由于對(duì)現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性的需要,無人機(jī)的小型化、低成本化、智能化等方面成為其主要發(fā)展方向。涵道飛行器作為近年來新興的無人機(jī)類型,以其垂直起降、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)勢(shì)引起很多研究者的關(guān)注,使其成為無人機(jī)領(lǐng)域新興的研究方向。由于涵道無人機(jī)的低雷諾數(shù)、機(jī)體結(jié)構(gòu)的非典型性以及較大的攻角范圍,使得其空氣動(dòng)力效應(yīng)是非線性的,其數(shù)學(xué)模型的建

2、立比較困難,是目前涵道飛行器研究中的難點(diǎn)之一。
　　基于馬格努斯效應(yīng)的涵道飛行器采用空芯輪構(gòu)成的控制裝置作為飛行器的舵機(jī)裝置,避免相較傳統(tǒng)舵機(jī)控制的涵道飛行器工作范圍窄和嚴(yán)重非線性飽和問題,因此,理論上可以改善控制復(fù)雜性。本文針對(duì)基于馬格努斯效應(yīng)的涵道飛行器的控制舵?zhèn)认蛄εc其轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系的特點(diǎn),對(duì)其動(dòng)力學(xué)模型,控制器設(shè)計(jì)以及仿真展開研究。
　　首先,分析了基于馬格努斯效應(yīng)的涵道飛行器的結(jié)構(gòu)。根據(jù)自由剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)建立了含有空芯

3、輪與螺旋槳自由度的飛行器運(yùn)動(dòng)模型。由于飛行器運(yùn)動(dòng)模型具有11個(gè)自由度,難以通過經(jīng)典的牛頓-歐拉法建立動(dòng)力學(xué)方程,采用拉格朗日方法給出了飛行器的非線性動(dòng)力學(xué)方程。
　　在此基礎(chǔ)上,分析了涵道飛行器的具有復(fù)雜耦合的11-DOF非線性動(dòng)力學(xué)模型。基于小擾動(dòng)原理給出了飛行器解耦的線性化動(dòng)力學(xué)模型。根據(jù)建立的線性化模型,提出了解耦控制策略,設(shè)計(jì)了基于分級(jí)控制策略的飛行控制器。
　　采用MATLAB建立了飛行器完整的非線性動(dòng)力學(xué)模型數(shù)字