基于simmechanics的无人飞行器飞行动力学仿真建模研究

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1、中图分类号：V249.1V212.4论文编号：102870118-S174学科分类号：082501硕士学位论文基于SimMechanics的无人飞行器飞行动力学仿真建模研究研究生姓名王乐乐学科、专业飞行器设计研究方向直升机飞行力学与控制指导教师徐锦法教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringTheResearchonFligh

2、tDynamicsSimulationModelingofUnmannedAerialVehiclebasedonSimMechanicsAThesisinFlightVehicleDesignbyLeleWangAdvisedbyProfessorJinfaXuSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了

3、文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要近年来，无人机发展迅速，应用场景丰富，得到了很大的重视。无人机控制决定了整个无人机的性能，整个控制系统非常复杂，包括对传感器的误差补偿以及一般意义上的控制

4、程序，控制系统设计时需要进行试飞验证，这就大大增加了人力物力的投入。因此，建立面向飞行控制系统的数字仿真平台就是一个必然选择。本文以小型样例无人直升机为研究对象，研究其建模机理，并构建了一个精确的无人直升机动力学模型，为飞控系统的设计和仿真提供可靠的动力学模型。首先，论文建立了飞行时的大气环境模型和世界地磁模型，采用ISA大气环境标准和WMM世界地磁模型建立环境模型，为气动力建模和传感器误差建模奠定了基础。其次，针对涵道式共轴双旋翼无人直升机，详细阐述了各个气动模块的建立过程，推导了共轴双旋翼和螺旋桨的气动力表达式，

5、建立了机体运动方程，计算得到实时运动状态。再次，建立了传感器误差。采用误差辨识的方法，辨识了实验得到的加速度计、磁力计和GPS的静态误差，采用白噪声模拟该误差。最后，采用Simmechanics和aerospace工具箱在MATLAB/Simulink仿真环境中建立了样例无人机的飞行仿真模型，编写了相应的仿真程序，在加入简单的控制系统后，对该模型的输出响应和输入进行对比验证。仿真结果表明，所构建的无人机飞行动力学模型有较高的置信度，基本达到预期的研究目标。关键字：共轴双旋翼，飞行动力学模型，数字仿真，Simmecha

6、nics，传感器误差模型I基于SimMechanics的无人飞行器飞行动力学仿真建模研究ABSTRACTInrecentyears,UAVhasdevelopedrapidlyandhasbeenpaidgreatattentionbecauseoftherichapplication.Therefore,moreandmorecountriesarepayingattentiontoit.TheUAVcontrolsystemdeterminestheperformanceofUAV,thecontrolsyste

7、misverycomplex,includingtheerrorcompensationofthesensorandthecontrolprograminthegeneralsense,thedesignofcontrolsystemneedsflighttesttoverify,whichgreatlyincreasestheinvestmentinhumanresources.Firstofall,Thispaperestablishedtheairenvironmentmodelandtheworldgeoma

8、gneticmodelduringtheflight,TheenvironmentalmodelisbuiltbyadoptingtheISAatmosphericenvironmentstandardandtheWMMworldgeomagneticmodel,whichlaidthefoundationforaerodynamicmodel