多螺旋槳太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)縱向控制方法研究.pdf

1、太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)利用太陽(yáng)能電池與儲(chǔ)能電池組成循環(huán)工作能源系統(tǒng)，可在其壽命范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)晝夜不間斷飛行。太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)能源供應(yīng)受到苛刻限制，普遍采用輕質(zhì)材料實(shí)現(xiàn)大展弦比機(jī)翼，在飛行過(guò)程中機(jī)翼存在柔性變形，分布在翼展方向的多螺旋槳除了產(chǎn)生推進(jìn)力以外，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)各螺旋槳轉(zhuǎn)速差實(shí)現(xiàn)飛行操縱，這些特點(diǎn)對(duì)飛行控制提出了新的要求和挑戰(zhàn)。
　　論文研究通過(guò)分布在重心上方和下方的螺旋槳差動(dòng)推力實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)縱向通道的控制方法，引入控制分配技術(shù)以解決多螺

2、旋槳之間的輸出協(xié)調(diào)問(wèn)題，對(duì)無(wú)人機(jī)晝夜飛行高度軌跡進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先針對(duì)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)模型的特殊性展開(kāi)研究。通過(guò)有限元分析機(jī)翼柔性變形，再利用氣動(dòng)計(jì)算軟件獲取氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)，繼而建立太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的多點(diǎn)線性化模型。其次，設(shè)計(jì)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的控制律，對(duì)比采用升降舵和螺旋槳差動(dòng)推力在俯仰通道上的控制效果。之后，針對(duì)螺旋槳冗余配置設(shè)計(jì)偽逆法和序列二次規(guī)劃法兩種控制分配方法，并分析了其優(yōu)缺點(diǎn)。最后，以太陽(yáng)能電池輸出功率計(jì)算為基礎(chǔ)，研究高度勢(shì)能儲(chǔ)能方法

3、，建立太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)功率消耗和飛行高度之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)晝夜飛行高度的軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　研究結(jié)果表明：考慮到太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)性能較弱，需要控制效果平滑的條件下，通過(guò)多螺旋槳差動(dòng)推力實(shí)現(xiàn)縱向通道飛行控制具有可行性，所設(shè)計(jì)的控制分配方法能協(xié)調(diào)控制俯仰姿態(tài)和前飛速度。其次，高度勢(shì)能儲(chǔ)能方法可以有效地規(guī)劃太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)一晝夜的飛行軌跡，該方法在研究無(wú)人機(jī)的軌跡優(yōu)化問(wèn)題以及對(duì)太陽(yáng)能的能源利用問(wèn)題時(shí)具有一定優(yōu)勢(shì)。論文可為多螺旋槳太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)