【摘 要】
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近年来,多旋翼无人机系统以其结构新颖、操控简单、用途广泛等特点在民用和军用领域都大有用武之地。但在多旋翼无人机实际应用中发现,电动多旋翼由于续航时间短、载重小,在作业过程中需要频繁更换电池,增加了起落次数,也限制了其应用范围。常规燃油动力多旋翼虽然提高了载重和续航性能,但由于其结构较复杂、振动大,导致控制精度较低、可靠性不高。基于电动和油动多旋翼的优缺点,本文设计的并联式油电混合动力多旋翼无人机提
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近年来,多旋翼无人机系统以其结构新颖、操控简单、用途广泛等特点在民用和军用领域都大有用武之地。但在多旋翼无人机实际应用中发现,电动多旋翼由于续航时间短、载重小,在作业过程中需要频繁更换电池,增加了起落次数,也限制了其应用范围。常规燃油动力多旋翼虽然提高了载重和续航性能,但由于其结构较复杂、振动大,导致控制精度较低、可靠性不高。基于电动和油动多旋翼的优缺点,本文设计的并联式油电混合动力多旋翼无人机提出了“油动+电控”的设计思路,即将油机系统放置在内环,通过减小臂长来提高系统稳定性,将可靠性高的电机系统放置于外环,通过扩展臂长来增加控制功效,以提高系统灵敏度。这种布局形式可充分发挥电动多旋翼系统飞行稳定、控制可靠,油动多旋翼系统载重大、航时长的特点,弥补了常规两者的不足,有效提高了多旋翼无人机的各项性能。本文首先对比电动多旋翼和油动多旋翼的优缺点,提出采用油电混合动力系统来提升多旋翼无人机各项性能的方案;介绍了目前国内外油电混合动力无人机研究概况。其次对该型多旋翼进行详细的总体设计及参数计算;通过CATIA进行三维建模;并基于Newton-Euler方程建立多旋翼无人机六自由度刚体动力学模型;设计了传统PID、模糊PID、量化因子自适应模糊PID等三种控制器,利用MATLAB/Simulink仿真平台,对所设计的三种控制器分别进行仿真分析。最后,对所提出的控制方法进行样机的试飞验证,并对文章内容进行总结与展望。
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