翼伞空投机器人系统的六自由度仿真.pdf

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1、第28卷第1期计算机仿真2011年1月文章编号：1006—9348(2011)Ol一0039一04翼伞空投机器人系统的六自由度仿真焦亮1，孙青林1，亢晓峰2(1．南开大学信息技术科学学院，天津30007l；2．航宇公司军代表室，湖北襄樊441022)摘要：以灾难环境下翼伞空投机器人系统为背景。建立了翼伞系统六自由度的简化运动模犁，针对预选的某伞型对该翼伞系统进行了动力学仿真。设畏了常值侧风的仿真环境，分析了风对系统的影响，得出了翼伞的转弯、雀降等重要性能的参数。提供了验证控制算法的仿真基础，为设计实际控

2、制系统提供理论依据。关键词：翼伞；翼伞系统；下偏控制；雀降中图分类号：v411．8文献标识码：ASimlllationof6一DoFParafoilandAir—droppedRobotSystemJIAoLian91，suNQing—linl，KANGxiao—fen矿(1．CouegeofInfonI】呲ion7Ikhnicalscience，N粕kaiUniversit)r，7Ixanjin30007l，Chim；2．MilitaryRep瑚entative0珏iceofAemsp∞eIndugt

3、ri伪Ⅲ，)(ian西mHubei441022，Chi腿)ABSTRACT：Based∞tllebackgro呻dofdlep啪硼锄dair-droppedrobm8ysteminthedi哪terenvir0咖ent，asimplifiedmodelof础il—payloadsy8temw鹅establi$hed，蛐dthentIIemodelw鸥appIiedf抽simulatiIlga帅e0fpa髓foil—payIoadsystem．Thecom啪tcross诵ndsimIIlationenvi

4、m砌entwasset，如dtlleiIlfluer圮eoftllecr∞swindw鹅删y2蒯．Thep舢ete玛oft哪andnarewereeduced．Itc蚰plwidethebasicsimIllationf曲tllevalidation0fcommla190rithIn锄dtIIetheoryb鹅isf曲山epmcticalco毗mlsystem．K卫舯ro砌陷：蛐il；蛐il—payloadsystem；A8ymmetricbraI【edenecti伽；n眦1引言采用翼伞定点空投机器人技

5、术，克服复杂环境对灾后探测问题的影响，在第一时间空投进入灾难现场(通过机器人携带的各种传感器探测现场的情况)。提升公共安全与减灾领域的科技水平。其中能否按预定地点安全着陆是整个过程的关键。翼伞以其可操纵性、良好的滑翔性能和高可靠性大大提高了空投的精度和空投质量，在物体投放、飞行器回收等方面的应用越来越广泛¨p1。然而实际空投环境中存在复杂的干扰(风，温度等)，使得设计好的控制系统往往不能达到预期的空投效果。有必要建立系统的动力学仿真模型，预测不同环境下系统的性能，为控制系统参数的选择提供依据。国内外对翼

6、伞系统的运动模式进行了大量研究¨⋯。但各种模型都有特定的适用范围。针对所要研制的系统，本文建立了翼伞系统的六自由度模型，主要分析翼伞系统整体的运动状态，包括运动轨迹(重点是水平面投影)和运动姿态基金项目：天津市支撑计划(09zcKFsFD0500)；天津自然基金重点项目(10JCZDJCl5900)收稿日期：2010一lO一28(重点是偏航角)，还定量分析了外界干扰(风)对系统性能的影响。通过仿真实验获得了系统转弯、雀降和在有风状态下的基本运动特性，为下一步设计控制算法，实现归航仿真奠定基础。2系统运动

7、模型的建立2．1简化假设在建立六自由度模型中需做如下假设¨j．5】：1)翼伞的质心位于翼弦方向距前缘l／4处，并与压力中心重合，在运动过程中保持不变；2)空投物、翼伞两者之间为刚性连接；3)空投物的压力中心与其质心重合，所受阻力远远大于升力，忽略其升力。2．2运动方程的建立如图l所示，翼伞系统的体坐标系为D。kk乙，其中原点为翼伞系统的质心D。，D，。z0轴过空投物质心指向空投物，o。kz，为翼伞几何对称面，D。，k。轴指向伞衣前缘，0，。l，。轴与其余两个坐标轴构成右手坐标系。D。置匕互为大地坐标系(

8、惯性坐标系)，D。Z。轴垂直大地平面向下，D。置轴垂直于D。z。轴指向翼伞系统的初始运动方向，一39—D。置E与大地平面平行。[

9、]=啦埘㈩r_c—c·c—s母一s一1豫⋯=hs口cp—cf～＆舻≯+o。。々。口l(2)引罐删㈤锨玎【翱㈤A¨为真实质量和附加质量，A笠为真实的转动惯量和附加转动惯量，A。：=一《为耦合项。All=m。厶。3+m。(5)A篮=，卅+，d一￡；一Pm。工；一P(6)A12=一A五=一rn。L；．P(7)m。为翼伞