微型飞行器系统设计ppt课件.ppt

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1、微型飞行器设计导论南京航空航天大学微型飞行器研究中心微型飞行器控制系统设计飞行动力学建模飞行动力学特性分析控制系统设计信息传输系统设计能源与动力系统设计MAV飞行动力学建模质心运动学方程质心动力学方程质心运动学方程旋转运动方程旋转动力学方程旋转运动学方程MAV飞行动力学建模——考虑螺旋桨滑流作用的MAV质心运动方程考虑螺旋桨滑流影响的MAV气动工程化模型航迹坐标系下质心动力学方程航迹坐标系下质心运动学方程MAV飞行动力学建模MAV绕质心旋转动力学方程MAV绕质心旋转运动学方程——考虑螺旋桨滑流作用的M

2、AV旋转运动方程MAV飞行动力学建模——基于MAV数学模型的飞行动力学全状态特性分析方法MAV运动参数变化规律在任意飞行状态下，MAV各运动参数变化趋势可分为单调变化与周期性振荡变化两种模态，每个模态都存在稳定与不稳定两种情况。运动的模态特征可由特定数量的特征参数来完全表示。振荡运动模态特征可由阻尼比、固有频率、频率、周期、半衰周期或倍幅周期来描述；单调运动模态特征可选取半衰周期或倍幅周期来描述MAV受扰动后，其纵向运动响应主要表现为迎角变化，横侧向运动响应主要表现为侧滑角变化。MAV非线性飞行动力学

3、特性研究在任意初始状态基础上对MAV飞行进行数值仿真对仿真数据进行分析，获得该状态下MAV相应飞行品质在飞行包络线范围内，对MAV进行飞行品质分析具体步骤：获得精确数学模型——基于MAV数学模型的飞行动力学全状态特性分析方法MAV非线性飞行动力学特性研究结果：阻尼比相对迎角扰动与速度规则曲面阻尼比随速度变化曲线阻尼比随迎角偏差变化曲线MAV俯仰角运动模态阻尼比全状态分析结果——基于MAV数学模型的飞行动力学全状态特性分析方法MAV非线性飞行动力学特性研究周期相对迎角扰动与速度规则曲面周期随速度变化曲线

4、周期随迎角偏差变化曲线MAV俯仰角运动模态周期全状态分析图结果：——基于MAV数学模型的飞行动力学全状态特性分析方法MAV非线性飞行动力学特性研究半衰周期相对侧滑扰动与速度规则曲面半衰周期随速度变化曲线半衰周期随侧滑偏差变化曲线MAV滚转角运动模态半衰周期全状态分析图——基于MAV数学模型的飞行动力学全状态特性分析方法MAV非线性飞行动力学特性研究结果：MAV飞行控制与导航系统设计飞行控制与导航系统结构MAV导航系统特点导航系统任务复杂：剧烈的姿态、位置变化系统硬件最优组合：尺寸与有效载荷的限制系统精

5、度、可靠性：微型MEMS电子元器件MAV飞行控制与导航系统设计MAV导航系统捷联惯导GPS微型空速计微型高度计MAV飞行控制与导航系统设计MAV导航系统MAV导航系统方案MAV飞行控制与导航系统设计MAV导航系统MAV导航系统结构MAV飞行控制与导航系统设计MAV导航系统MAV导航系统硬件姿态测量系统设计：——基于卡尔曼滤波的多传感器组合测量姿态状态空间模型四元数结构下的姿态运动学方程加入陀螺漂移量进行补偿，构成状态矢量漂移量为随机变量三轴加速度计测量值GPS数据获得加速度姿态测量系统设计：——基于卡

6、尔曼滤波的多传感器组合测量姿态测量空间模型两个加速度之间的关系姿态测量系统设计：——基于卡尔曼滤波的多传感器组合测量姿态测量空间模型姿态测量系统设计：——基于卡尔曼滤波的多传感器组合测量姿态仿真结果MAV质心运动学方程的一般形式基于GPS信号的MAV导航信息提取可靠性实时性基于纯惯导的MAV导航信息提取基于气压传感器信息的MAV导航信息提取位置、速度测量姿态测量系统设计：——多传感器导航信息优化优化原理在GPS信息有效的情况下，利用GPS定位与测速是最为直接简便的，测量精度也满足MAV导航要求纯惯导方

7、式在组合导航中的权重也应随着工作时间的增加而不断减小基于空速计与高度计信息的导航算法有效性随着外界风速的增大而减小,飞行迎角与侧滑角的增大也会减小这一算法的精度位置、速度测量姿态测量系统设计：——多传感器导航信息优化组合算法获取MAV质心位移速度权重系数：位置、速度测量姿态测量系统设计：——多传感器导航信息优化仿真结果位置、速度测量姿态测量系统设计：——多传感器导航信息优化MAV飞行控制与导航系统设计飞行控制系统流程导航系统控制系统MAV飞行控制与导航系统设计飞行控制系统方案微型飞行器飞行控制原理微型

8、飞行器在类型、布局形式上具有多样性。不同类型不同布局形式的微型飞行器在操控方式上存在很大差异。但在微型飞行器飞行控制中所涉及到的控制思想与控制原理又具有一致性。微型飞行器飞行控制原理控制的基本思想：反馈反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。微型飞行器飞行控制律飞行控制律，即飞行控制系统形成控制指令的算法。飞行控制律描述了