基于涵道式單旋翼的無人飛行器研究 ( 簡體 字) |
| 作者：任小璐 | 類別：1. -> 電子工程 -> 無人機 |
| 譯者： |
| 出版社：電子工業出版社 |  3dWoo書號： 50434
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NT售價： 395 元 |
| 出版日：11/1/2018 |
| 頁數：172 |
| 光碟數：0 |
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| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
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| ISBN：9787121348440 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
| (簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證) |
| 作者序： |
| 譯者序： |
前言：20世紀80年代起，人們開始了對涵道式無人飛行器的研究。起初這種涵道式無人飛行器是應美國海軍陸戰隊的要求而研究的，旨在研制一種能用于空中偵察和監視的、通過遠程遙控來控制飛行軌跡的飛行器。美國桑迪亞國家實驗室按照要求研制了一種與以往無人飛行器完全不同的無人飛行器，這種飛行器在外觀上與普通的飛行器和固定翼直升機都有很大不同，在螺旋槳的外部有一個環形的涵道包圍，保護螺旋槳不被破壞，能有效地限制誘導氣流的方向，為飛行器提供額外的升力，提高螺旋槳的輸出效率。這種飛行器在懸停和低速飛行時類似于直升機，在高速前飛時又類似于固定翼飛機。
由于涵道式無人飛行器是一類外形獨特的飛行器，所以對它的研究是從20世紀90年代才開始的。第一，由于涵道式無人飛行器具有獨特的氣動外形，所以它的動力學特性與傳統的固定翼飛行器有很大不同，復雜分布的周圍流場成為在涵道式無人飛行器的建模過程中面臨的首要難題。第二，姿態控制是涵道式無人飛行器控制中的重要環節。由于在飛行過程中的非線性效應明顯，所以飛行器在擾動中的姿態穩定與姿態保持能力成為飛行器控制過程中的一個重要問題。第三，發動機控制問題。涵道式無人飛行器是通過螺旋槳的旋轉使其下方的空氣快速流出涵道而產生的反作用來提供升力的，而對螺旋槳轉速的控制是由飛行器發動機來完成的，因此發動機的控制性能對飛行器的高度保持能力至關重要。第四，容錯能力。涵道式無人飛行器在執行任務的過程中可能會遇到執行器或傳感器故障的情況，保證飛行任務順利完成。并且能在系統故障的情況下保持較好的控制性能是研究這類飛行器的重點內容。
本書以基于涵道式單旋翼的無人飛行器為例，從幾方面進行研究，包括動力學建模、飛控系統、姿態控制等，并在本書的最后簡要介紹涵道式無人飛行器的編隊協同任務。希望本書能對涵道式無人飛行器的研究與應用起到良好的作用。
本書由哈爾濱學院任小璐著。由于涵道式無人飛行器是一個新的研究領域，并仍處于不斷的發展變化中，本書必然還存在許多疏漏之處，懇請讀者批評指正。
作 者
2018年10月 |
內容簡介：本書結合無人飛行器的最新發展，對涵道式單旋翼的無人飛行器進行研究，包括動力學建模、飛控系統、姿態控制等。全書共11章，主要內容包括：涵道式無人飛行器概述，坐標系及其變換，大氣擾動，螺旋槳的氣動理論，舵面及涵道的空空氣動力學分析，涵道式無人飛行器的數學模型，涵道式無人飛行器的飛控系統，飛行器姿態控制器設計，飛行器懸停狀態魯棒滿意容錯控制，針對飛行器大角度機動的跟蹤控制，多無人飛行器協同任務簡介。 本書可供飛行器領域的研究人員和工程設計人員學習、參考。
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目錄：第1章 涵道式無人飛行器概述 1
1.1 涵道式無人飛行器的特點 1
1.2 涵道式無人飛行器的工作原理 2
1.3 涵道式無人飛行器的發展現狀 4
1.3.1 涵道式無人飛行器的國外發展現狀 4
1.3.2 涵道式無人飛行器的國內發展現狀 8
1.4 涵道式無人飛行器飛行控制技術研究現狀 9
第2章 坐標系及其變換 12
2.1 常用坐標系 12
2.1.1 本體坐標系 12
2.1.2 地面坐標系 13
2.1.3 速度坐標系 13
2.1.4 航跡坐標系 13
2.2 飛行器的運動參數 13
2.2.1 飛行器的姿態角 13
2.2.2 航跡角 14
2.2.3 攻角與側滑角 14
2.3 坐標變換 14
2.3.1 地面坐標系與本體坐標系間的變換 14
2.3.2 本體坐標系與速度坐標系間的變換 15
2.3.3 航跡坐標系與速度坐標系間的變換 15
2.3.4 本體坐標系與航跡坐標系間的變換 16
2.4 四元數法 16
2.4.1 四元數的運算法則 16
2.4.2 用四元數表示旋轉 18
2.4.3 用四元數表示坐標變換 20
2.4.4 四元數與歐拉角的關系 22
第3章 大氣擾動 24
3.1 大氣的靜態特性 24
3.2 伯努利方程 25
3.2.1 理想流體的運動微分方程 25
3.2.2 理想流體的能量方程 26
3.2.3 實際流體的能量方程 26
3.3 氣體的黏性 27
3.3.1 質量守恒定律——連續方程 28
3.3.2 動量守恒定律——運動方程 29
3.3.3 能量守恒定律——黏性流體的能量方程 33
3.4 壓縮性 37
3.5 大氣的動態特性 38
第4章 螺旋槳的氣動理論 40
4.1 葉素理論 40
4.2 動量理論 42
4.3 渦流理論 44
第5章 舵面及涵道的空氣動力學分析 47
5.1 計算流體力學介紹 47
5.2 理論基礎 48
5.2.1 復勢函數及復速度 48
5.2.2 典型復勢 50
5.2.3 空氣動力學基本方程的建立 53
5.2.4 計算空氣動力學的基本方法 56
5.3 面元法 57
5.4 空氣動力學模型的簡化 61
5.4.1 氣體性質假設 61
5.4.2 簡化的流體力學模型 62
5.5 舵面仿真分析 63
5.5.1 舵的幾何外形的計算 63
5.5.2 舵的表面壓力計算 64
5.6 涵道的動力學分析 66
5.6.1 涵道周圍流場仿真 67
5.6.2 涵道的簡化分析 69
第6章 涵道式無人飛行器數學模型 72
6.1 基本假設 72
6.2 非線性數學模型的建立 72
6.3 小擾動線性化 77
第7章 涵道式無人飛行器的飛控系統 83
7.1 測量元件 83
7.1.1 陀螺敏感器 83
7.1.2 加速度傳感器 86
7.1.3 高度傳感器 87
7.2 GPS接收機 88
7.3 遙控遙測和地面監測 89
7.4 執行機構 90
7.4.1 電液伺服閥和作動筒的工作原理 90
7.4.2 位移傳感器的工作原理 92
第8章 飛行器姿態控制器設計 93
8.1 不確定性的定義 93
8.2 不確定性的來源 94
8.3 狀態反饋H∞控制器設計 95
8.3.1 標準的H∞控制問題 95
8.3.2 狀態反饋H∞控制方法 97
8.4 狀態反饋H∞-D穩定性控制 98
8.4.1 問題描述 98
8.4.2 H∞-D穩定性分析 99
8.4.3 H∞-D穩定狀態反饋控制器設計 103
8.4.4 飛行器姿態控制數值仿真研究 109
8.5 輸出反饋H∞-D穩定控制 113
8.5.1 問題描述 114
8.5.2 動態輸出H∞-D穩定反饋控制器穩定性分析 115
8.5.3 動態輸出H∞-D穩定反饋控制器設計 119
8.5.4 飛行器姿態控制數值仿真研究 120
8.6 巡航狀態下的姿態跟蹤驗證 123
8.6.1 軌跡控制律設計 123
8.6.2 仿真分析 125
第9章 飛行器懸停狀態魯棒滿意容錯控制 128
9.1 引言 128
9.2 針對飛行器執行器故障的D穩定H∞魯棒容錯控制 128
9.2.1 問題描述 128
9.2.2 飛行器執行器故障時D穩定H∞魯棒容錯控制器設計 130
9.2.3 執行器故障容錯控制仿真研究 132
9.3 針對飛行器傳感器故障的D穩定H∞魯棒容錯控制 137
9.3.1 問題描述 137
9.3.2 飛行器傳感器故障的D穩定H∞魯棒容錯控制設計 138
9.3.3 傳感器故障的容錯控制仿真研究 140
第10章 針對飛行器大角度機動的跟蹤控制 144
10.1 自適應滑模變結構控制的問題描述 144
10.2 趨近律設計方法 145
10.3 控制律設計 146
10.4 穩定性分析 148
10.5 姿態控制仿真結果 148
第11章 多無人飛行器協同任務簡介 154
11.1 多無人飛行器協同任務的意義 154
11.2 多無人飛行器協同任務的國內外研究成果 154
參 考 文 獻 157 |
| 序： |
