小型无人直升机姿态混沌动力学分析

论文摘要

过去20年中,在混沌系统生成研究中出现了很多数值混沌系统,如Chen系统,Lu系统,Lorenz系统族,Qi混沌系统。除了Lorenz系统外,这些系统都没有物理背景和意义。从实际工程或者物理过程分析混沌现象,构建混沌模型的研究还很少。目前尚未有文献从混沌的角度研究小型无人直升机的姿态动力学特性,本毕业论文给出了小型无人直升机系统产生混沌的模型,分析了该模型的混沌特性,探索了混沌理论在小型无人直升机领域的应用。经过合理的简化构造了一个完整的5维小型无人直升机姿态动力学模型,从不同的转动惯量和结构参数入手,分析了小型无人直升机在悬停状态下的姿态动力学特性。通过平衡点、Lyapunov指数、Poincare截面等方法分析了机体发生的混沌行为。通过最大Lyapunov指数分析分别给出了转动惯量和结构参数引起系统混沌、拟周期或周期、稳定状态的取值区间。分别分析了转动惯量和结构参数取值不当时系统存在的两个混沌吸引子共存、混沌吸引子和周期吸引子共存现象。自主设计搭建了四自由度高度可固定的姿态实验平台,基于Pixhawk2飞行控制器和Ardupilot飞行控制软件自主设计搭建了一个完整的硬件闭环实验系统。使用三线摆法测定了小型无人直升机在相同配重、不同配重位置下的转动惯量,验证了随意的配重可能导致转动惯量处于振动或混沌的取值区间。基于经典PID理论设计了姿态控制器,仿真结果表明姿态控制器镇定了系统的混沌行为。本文的研究为小型无人直升机的设计和动力学分析提供了新的角度和方法。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄东辉

导师: 齐国元

关键词: 混沌,小型无人直升机,指数,截面,控制

来源: 天津工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,航空航天科学与工程,航空航天科学与工程

单位: 天津工业大学

分类号: O415.5;V279;V212

总页数: 77

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