地面效应与控制参数对多旋翼无人机飞行性能影响研究

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多旋翼无人机已在军用民用等领域广泛应用,目前已成为国内外研究机构的热门课题。目前对多旋翼无人机的研究主要集中在控制算法和外部硬件上,而对其地面效应研究很少。本文结合PID控制算法的控制原理对多旋翼无人机地面效应进行研究并通过飞行试验进行验证。本文通过选型确定X型四旋翼无人机,简单分析其飞行原理,并简化条件进行数学建模和动力学建模,之后进行四旋翼无人机的软硬件设计,绘制电路原理图和PCB图,并手工焊接和组装调试飞行,完成无人机测试平台搭建。利用搭建的平台分析控制参数对飞行性能的影响,主要通过滚转角φ、俯仰角θ、偏航角ψ和高度的控制体现,之后进行matlab仿真获得最优控制参数并进行飞行测试验证。飞行过程中时常受到地面效应影响,最后,通过分析其地面效应后,选取PIV测试系统进行地面效应流场测试,并通过飞行试验验证,结果验证此测试平台和测试方法的可行性。通过对地面效应研究发现,在3倍旋翼半径的相对离地高度范围内,旋翼升力系数变化剧烈。通过PIV测试系统测试得到旋翼尾流经过地面的阻滞后,流速急剧上升,涡量也相应增大。
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