馬格努斯涵道飛行器動力學分析及控制仿真.pdf

1、無人機是能夠實現(xiàn)戰(zhàn)略偵察、火力打擊、通信中繼、電子壓制等軍事任務的作戰(zhàn)平臺,已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中不可或缺的軍事裝備。由于對現(xiàn)代戰(zhàn)場的復雜環(huán)境適應性的需要,無人機的小型化、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類型,以其垂直起降、機動靈活等優(yōu)勢引起很多研究者的關注,使其成為無人機領域新興的研究方向。由于涵道無人機的低雷諾數(shù)、機體結構的非典型性以及較大的攻角范圍,使得其空氣動力效應是非線性的,其數(shù)學模型的建

2、立比較困難,是目前涵道飛行器研究中的難點之一。
　　基于馬格努斯效應的涵道飛行器采用空芯輪構成的控制裝置作為飛行器的舵機裝置,避免相較傳統(tǒng)舵機控制的涵道飛行器工作范圍窄和嚴重非線性飽和問題,因此,理論上可以改善控制復雜性。本文針對基于馬格努斯效應的涵道飛行器的控制舵?zhèn)认蛄εc其轉速成線性關系的特點,對其動力學模型,控制器設計以及仿真展開研究。
　　首先,分析了基于馬格努斯效應的涵道飛行器的結構。根據(jù)自由剛體運動學建立了含有空芯

3、輪與螺旋槳自由度的飛行器運動模型。由于飛行器運動模型具有11個自由度,難以通過經(jīng)典的牛頓-歐拉法建立動力學方程,采用拉格朗日方法給出了飛行器的非線性動力學方程。
　　在此基礎上,分析了涵道飛行器的具有復雜耦合的11-DOF非線性動力學模型。基于小擾動原理給出了飛行器解耦的線性化動力學模型。根據(jù)建立的線性化模型,提出了解耦控制策略,設計了基于分級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力學模型數(shù)字