【摘 要】
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随着无人机产业迅猛发展,无人机的使用范围也逐渐遍及各领域。然而,在实际作业环境中,地面情况复杂和续航时间短等问题使无人机的应用场景受到了非常大的制约。以实现无人机存放和充电为目标,本文设计了一种带有双向自动归中功能的可充电式智能机库,并基于智能机库的回收平台对四旋翼无人机的着陆过程进行仿真研究。首先,根据回收四旋翼无人机的大小和着陆精度设计智能机库回收平台的尺寸,选用滚珠丝杠设计回收平台的双向归中
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随着无人机产业迅猛发展,无人机的使用范围也逐渐遍及各领域。然而,在实际作业环境中,地面情况复杂和续航时间短等问题使无人机的应用场景受到了非常大的制约。以实现无人机存放和充电为目标,本文设计了一种带有双向自动归中功能的可充电式智能机库,并基于智能机库的回收平台对四旋翼无人机的着陆过程进行仿真研究。首先,根据回收四旋翼无人机的大小和着陆精度设计智能机库回收平台的尺寸,选用滚珠丝杠设计回收平台的双向归中装置,辅助四旋翼无人机完成充电;运用ANSYS软件分析智能机库承载平台的应力和应变,进而确定机库的制造材料。其次,建立了四旋翼动力学模型;在PID控制的基础上,结合着陆导引策略对四旋翼无人机的回收过程进行分段控制;通过Simulink仿真实验研究PID着陆导引算法在有无风扰条件下对四旋翼回收的控制效果。最后,基于扩张状态观测设计了自抗扰控制器,并选取合适的参数对五级风扰的实时作用量进行估计和补偿;利用Simulink中虚拟现实工具箱建立智能机库和四旋翼的三维模型,对比分析两种控制器在五级风扰条件下的着陆精度。仿真结果表明,在五级风扰环境下自抗扰控制器增加了四旋翼的抗扰性能;相比PID控制器,四旋翼的着陆精度由280mm提高到50mm。仿真结果验证了智能机库回收平台尺寸设计合理,能够匹配1045mm轴距的四旋翼无人机在五级风扰下完成着陆回收任务。本文的研究成果利于提升四旋翼无人机的抗扰能力和续航能力,可扩充无人机的适用场景。
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