小型无人机飞行力学建模及虚拟训练平台的建立

摘要

小型无人机现在越来越广泛地应用于社会生活的各个领域，无人机地面操纵人员的训练问题越来越重要。无人机虚拟训练平台为操纵员提供一个与无人机系统交互的环境，不仅能提高操作人员的技能，而且可以减少无人机不必要的飞行次数，降低飞行试验成本。本文以某小型无人机为研究对象，在研究该型无人机精确的飞行动力学模型的理论基础上，初步建立了其基于PC机的虚拟训练平台。本文的主要工作如下：
　　1)气动计算是飞行力学建模的基础，本文首先对小型无人机作了气动特性分析。文中通过基于涡格法的AVL软件，计算了小型无人机的基本气动特性。
　　2)建立了小型无人机非线性飞行动力学模型。包括以下部分的建模：非线性六自由度方程、空气动力学模型、发动机模型、大气环境模型、地球模型、地磁模型等，并在非线性模型的基础上得到了其线化模型，作了配平计算，对无人机的飞行力学特性作了分析。
　　3)对小型无人机控制律作了初步设计，设计了无人机俯仰以及滚转两个通道的姿态保持的控制律。
　　4)建立了无人机虚拟训练平台。通过FlightGear飞行模拟软件接口、加入飞行摇杆、虚拟仪表、GoogleEarth航迹跟踪以及无人机非线性动力学模型，初步实现无人机虚拟训练平台。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1引言[1][2][3]

1.2国内外的相关研究概况

1.3本文的主要研究工作

1.4本文的内容安排

第二章 算例无人机气动特性分析

2.1 算例无人机的基本参数

2.2小型无人机气动特性计算

2.3 Athena Vortex Lattice程序[15][17]

2.4气动特性分析

2.5本章小结

第三章 小型无人机飞行力学建模

3.1飞行动力学模型[19][20][21]

3.2四元素法求解姿态角[20][27]

3.3大气环境模型[28][29]

3.4飞行地理系统建模

3.5数值求解方法[29]

3.6非线性模型的线化与配平[19][20]

3.7仿真模型的建立

3.8本章小结

第四章 仿真结果与分析

4.1扰动响应分析

4.2配平计算

4.3稳定根分析

4.4本章小结

第五章 小型无人机飞行控制律设计

5.1无人机的控制系统

5.2俯仰角控制回路[19][34][35]

5.3滚转姿态控制[20]

5.4控制仿真与结果分析

5.5本章小结

第六章 小型无人机虚拟训练平台的建立

6.1Flightgear飞行模拟器[37][38][39][40]

6.2外部设备

6.3无人机3D模型的构建与载入

6.4基于GoogleEarth的航迹跟踪[42]

6.6虚拟训练平台

6.7仿真结果

6.8本章小结

第七章 总结与展望

7.1 本文的主要工作

7.2 后续工作展望

致谢

参考文献

在学期间的研究成果及发表的学术论文