无人共轴倾转旋翼飞翼机飞行动力学建模与控制研究

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1、中图分类号：V212.1论文编号：102870115-S198学科分类号：082501硕士学位论文无人共轴倾转旋翼飞翼机飞行动力学建模与控制研究研究生姓名宁承威学科、专业飞行器设计研究方向飞行力学指导教师王焕瑾副教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年三月INanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAeronauticsandAstronauticsFlightMechanicsandControlofUnma

2、nnedCoaxialTilt-rotorFlyingWingAircraftAThesisinFlightVehicleDesignByNingchengweiAdvisedbyAssociateProf.WangHuanjinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015南京航空航天大学硕士学位论文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：III摘要新构型倾转旋翼飞行器是目前研究的热点，而非线性飞行动力学建模技术和飞行控制律设计则是无人倾转旋翼构型飞行器的关键技术。本文以无人共轴倾转旋翼构型飞行器为研究对象，在简化旋翼与机身

4、之间干扰的情况下，基于机理建模方法建立了飞行器非线性飞行动力学模型，通过对非线性模型进行定常飞行配平计算，得到了飞行器在直升机模式、倾转过渡模式以及飞机模式下状态量和操纵量的变化过程，并确定了合理的过渡转换路径。根据飞行器在不同飞行模式下的线性化模型和操纵响应分析的结果，得到了飞行器纵横向模态稳定性的变化特点以及操纵耦合特性，进而确定了飞行器在不同飞行模式下的操纵分配策略。在飞行控制律设计过程中，结合成熟PID控制方法和动态逆控制方法的优点，设计了飞行器时变非线性控制律，通过选定合理的控制器切换策略，实现了共轴倾转旋翼

5、飞行器全模式的平稳飞行转换。最后通过伪逆重构控制方法对飞行器线性模型进行了故障情况下的控制律重构验证，同时针对非线性模型纵横向通道进行了具体故障重构仿真研究，仿真结果表明所建立的飞行控制系统故障情况下进行控制重构是可行的，具有工程价值。关键词：共轴双旋翼，旋翼倾转，飞行转换，飞行动力学，飞行控制律，控制重构南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTNewconfigurationaircraftiscurrentcuttingedgeresearcharea.Nonlinearflightdynamicsmodeli

6、ngandflightcontrollawdesignarecriticaltechnologies.Inthispaper,theunmannedcoaxialtilt-rotorflyingwingaircraftispresentedanddeveloped.Thenonlinearflightdynamicsmodelhasbeendevelopedbasedonthebasicprinciplemodelingtheory,whichconsidersinterferencebetweenrotorsandf

7、uselage.Throughthetrimanalysisofnonlinearmodelinthehelicopterflightmode,conversionflightmodeandairplaneflightmode,thechangingprocessofflightstatesandthecontrolvariablesareobtained.Basedonthoseresults,thereasonableconversionpathisconcluded,andthecontrolallocation

8、strategyofaircraftindifferentflightmodesaredetermined.Accordingtothecontrolresponseanalysisindifferentflightmodes,thecharacteristicsofstabilitychangeandthecouplingcha