涵道式多旋翼系留无人机系统设计.pdf

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1、硕士学位论文涵道式多旋翼系留无人机系统设计SYSTEMDESIGNOFDUCTEDMULTI-ROTORTETHEREDUAV张磊哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP273学校代码：10213国际图书分类号：681密级：公开工学硕士学位论文涵道式多旋翼系留无人机系统设计硕士研究生：张磊导师：罗晶副教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273U.D.C:681DissertationfortheM

2、asterDegreeinEngineeringSYSTEMDESIGNOFDUCTEDMULTI-ROTORTETHEREDUAVCandidate：ZhangLeiSupervisor：AssociateProf.LuoJingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree

3、-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要涵道式多旋翼系留无人机是一种特种无人飞行器，它的飞行动力主要由涵道风扇提供，电能主要由一根连接地面电源的系留线缆提供，与普通的多旋翼无人机相比，它具有以下优点：更低的气动噪音，更高的安全性能，更强的抗电磁干扰能力，在相同功率下更大的拉力，更长的飞行时间。因此，它具有广泛的应用前景和很高的研究价值。本课题设计的涵道式多旋翼系留无人机结构独特：中间是一个由涵道包括的大旋翼，可提供主要拉

4、力；周围有四个小旋翼，既能提供部分升力，又能进行姿态控制。从飞行器的总体设计到机体的气动特性分析、整体建模，再到之后的控制器设计都有很大的挑战。本文研究的主要内容如下：首先，介绍国内外涵道式无人机和系留无人机的机体结构和功能，并对相关技术进行了研究。接着，结合涵道无人机和多旋翼无人机的特点，根据实现的功能对涵道式多旋翼系留无人机机体进行了设计。选择合适的材料和电子设备完成了整机的加工和组装，对关键部件进行调平，优化重心位置。采购系留线缆和电源模块，设计无人机系留供电方案，实现无人机的系留供电功能。然后，分析了涵道式

5、系留无人机的主要部件的气动特性，分别对无人机机体和系留线缆进行了建模仿真，并搭建了计算机仿真模型。最后，设计了PID控制器和模糊PID控制器，对涵道式多旋翼系留无人机的控制率进行了研究，进一步优化了系留无人机的控制参数。关键词：涵道式多旋翼系留无人机；系留线缆；总体设计；建模仿真；PID控制器；模糊PID控制器I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractDuctedmulti-rotortetheredUAV(unmannedaerialvehicle)isaspecialunmannedaircraft,wh

6、osepowerismainlyprovidedbytheductedfan,whoseelectricalenergycomefromacableconnectedtoapowersource.Comparedwithordinarymulti-rotorUAV,ithasthefollowingadvantages:loweraerodynamicnoise,bettersecurity,strongeranti-disturbanceability,greaterthrustinthesamepower.Th

7、erefore,ithaswideapplicationprospectandhighresearchvalue.ThedesignofDuctedmulti-rotortetheredUAVhasauniquestructure.Inthemiddleisalargeductedfanthatprovidemainthrust.Therearefoursmallrotorsaround,whichcanprovidebothpartialliftandattitudecontrol.Fromtheoveralld

8、esignoftheaircrafttotheAerodynamicanalysisandoverallmodelingofDuctedmulti-rotortetheredUAV,aswellasthesubsequentcontrollerdesign,therearegreatchallenges.Themaincontentsofthispapera