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复合式无人直升机姿态控制半物理仿真验证
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作者 邓柏海 徐锦法 《系统工程与电子技术》 北大核心 2025年第2期608-620,共13页
半物理仿真作为飞行控制系统设计验证的一条有效测试途径,能降低其研制风险和成本。姿态控制回路是飞行控制系统设计的关键,决定着飞行控制系统设计的成败。复合式无人直升机(compound unmanned helicopter, CUH)的飞行动态特性不但非... 半物理仿真作为飞行控制系统设计验证的一条有效测试途径,能降低其研制风险和成本。姿态控制回路是飞行控制系统设计的关键,决定着飞行控制系统设计的成败。复合式无人直升机(compound unmanned helicopter, CUH)的飞行动态特性不但非线性明显、耦合性强,而且操纵输入冗余,给飞行控制律设计带来极大挑战。建立复合式无人直升机飞行动力学全量非线性运动方程,以此为被控对象,设计姿态线性自抗扰控制器(linear active disturbance rejection controller, LADRC),用STM32F405嵌入式控制器作为机载控制器完成软、硬件实现,被控对象飞行动力学模型构成姿态控制半物理仿真系统。机载控制器实时硬件在环,姿态控制律设计为LADRC和比例-积分-微分控制器(proportion-integration-differentiation controller, PID)两种,控制通道输出经操纵策略分配作用于被控对象模型操纵舵面,采用姿态控制对比方法在半物理仿真系统上完成仿真试验。仿真结果验证LADRC满足CUH姿态控制要求,其稳定性、抗扰性和鲁棒性均好于PID控制,能使CUH在全飞行模式下稳定、可靠地飞行。试飞结果验证了所设计控制方法的有效性。 展开更多
关键词 复合式无人直升机 操纵策略 线性自抗扰控制 半物理仿真
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倾转四旋翼飞行器直升机模式操稳特性分析 被引量:7
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作者 周攀 陈仁良 俞志明 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期675-684,共10页
针对倾转旋翼飞行器直升机模式下的操纵性和稳定性进行了研究分析,为后续控制系统的设计提供一定的理论依据。在考虑旋翼-机翼干扰的情况下建立了倾转四旋翼飞行器飞行动力学模型并结合试验数据进行验证。提出了一种适用于直升机模式下... 针对倾转旋翼飞行器直升机模式下的操纵性和稳定性进行了研究分析,为后续控制系统的设计提供一定的理论依据。在考虑旋翼-机翼干扰的情况下建立了倾转四旋翼飞行器飞行动力学模型并结合试验数据进行验证。提出了一种适用于直升机模式下的操纵策略并对飞行器进行了配平计算。以该操纵策略为基础,计算了相应的操纵功效和操纵耦合,并分析了主要稳定性导数和特征根的变化。结果表明:航向操纵功效相较于其他通道较小;垂向输入引起的纵向力和俯仰力矩的大小随速度的增加不断增大;横向输入下引起的偏航力矩随速度增大而增大;速度稳定性随速度的增加而变得不稳定;除螺旋模态外,其他模态随速度的增加稳定性增强。 展开更多
关键词 倾转四旋翼飞行器 飞行动力学模型 配平 操纵策略 操纵性 稳定性
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旋翼/机翼气动干扰对复合式直升机性能影响 被引量:1
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作者 杨克龙 韩东 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期1761-1771,共11页
为研究旋翼/机翼气动干扰对双螺旋桨推进复合式直升机的高速飞行性能的影响,建立一种可快速预测复合式直升机飞行性能的模型,以加装机翼和螺旋桨的AS365N“海豚”直升机为样例,分析了400 km/h高速飞行时,旋翼/机翼气动干扰对全机飞行性... 为研究旋翼/机翼气动干扰对双螺旋桨推进复合式直升机的高速飞行性能的影响,建立一种可快速预测复合式直升机飞行性能的模型,以加装机翼和螺旋桨的AS365N“海豚”直升机为样例,分析了400 km/h高速飞行时,旋翼/机翼气动干扰对全机飞行性能的影响及机理,并探讨了用副翼操纵配平气动干扰引起的机翼滚转力矩时,全机功率的变化规律。研究表明:气动干扰增加了机翼的诱导速度,导致机翼的升力系数降低、阻力系数增加。在旋翼不对称涡系的作用下,位于旋翼前行侧下机翼的诱导速度和升阻力系数变化比后行侧的更显著。气动干扰导致机翼升力分配从80.00%降低至71.59%,旋翼升力分配从20.04%增加至28.48%。旋翼、螺旋桨和全机功率分别增加了16.60%、1.86%和3.76%。气动干扰使机翼滚转力矩增加、旋翼滚转力矩减小,利于全机配平,但会增加全机功率。用副翼操纵来平衡由气动干扰引起的机翼滚转力矩时,旋翼侧向周期变距和阻力减小,降低了全机功率。 展开更多
关键词 复合式直升机 气动干扰 飞行性能 功率 旋翼 机翼
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倾转四旋翼飞行器倾转过渡走廊分析方法 被引量:15
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作者 俞志明 陈仁良 孔卫红 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期2106-2113,共8页
针对倾转四旋翼(QTR)飞行器过渡飞行中的变速、变体特点,提出了一种确定倾转四旋翼飞行器倾转过渡走廊的方法,该方法从飞行力学角度用机翼升力特性限制低速和高速边界,以单旋翼可用功率限制高速边界。所提方法确定了无周期变距的倾转四... 针对倾转四旋翼(QTR)飞行器过渡飞行中的变速、变体特点,提出了一种确定倾转四旋翼飞行器倾转过渡走廊的方法,该方法从飞行力学角度用机翼升力特性限制低速和高速边界,以单旋翼可用功率限制高速边界。所提方法确定了无周期变距的倾转四旋翼飞行器样机倾转过渡走廊,并分析了其在倾转过渡飞行中不同机体迎角下各气动部件的气动力以及前后旋翼需用功率随飞行速度的变化规律。结果表明:倾转四旋翼飞行器在小机体迎角下倾转优于在大机体迎角下倾转;各气动部件提供的垂向力占比会随着机体迎角的改变而变化;机翼升力特性高速边界和单旋翼功率限制边界共同组成了倾转四旋翼飞行器倾转过渡走廊的高速边界;单旋翼可用功率限制边界比总可用功率限制边界更严格。 展开更多
关键词 倾转四旋翼(QTR)飞行器 飞行力学 倾转走廊 边界 气动力
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基于增益调度与光滑切换的倾转旋翼机最优控制 被引量:6
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作者 余新 陈仁良 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1186-1198,共13页
针对倾转旋翼机转换机动中变动力学特性导致的复杂控制问题,提出基于增益调度(GS)的线性二次最优控制与光滑切换控制结合的综合体系结构,用以实现转换机动过程中的全局最优控制。该控制综合方法,在保证性能指标要求最小的同时,对操纵机... 针对倾转旋翼机转换机动中变动力学特性导致的复杂控制问题,提出基于增益调度(GS)的线性二次最优控制与光滑切换控制结合的综合体系结构,用以实现转换机动过程中的全局最优控制。该控制综合方法,在保证性能指标要求最小的同时,对操纵机构的负荷较低。首先,建立了倾转旋翼机高置信度飞行动力学模型,并应用混合操纵克服操纵冗余问题。其次,设计了基于增益调度的线性二次最优多环控制器,并采用光滑切换控制策略综合2套控制器,实现动态倾转过程的姿态平滑过渡。最后,进行以倾转走廊中间路径为期望轨迹的全模式自主飞行仿真。仿真结果表明:控制系统在转换机动过程中体现出强鲁棒性和较优的系统性能。 展开更多
关键词 倾转旋翼机 线性二次最优控制 增益调度(GS) 光滑切换控制 转换机动控制
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Durbin法在阻尼梁动响应求解中的运用分析
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作者 张夏阳 张凯 +1 位作者 招启军 王博 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期67-78,共12页
运用铁木辛柯梁理论和K-V阻尼理论,研究了非比例阻尼梁在冲击载荷作用下的频域振动求解方法。推导采用了传统拉普拉斯正变换和基于Durbin公式的拉普拉斯反变换策略(统称拉普拉斯法),发展了阻尼梁系统的动力学方程解法。拉普拉斯法的推... 运用铁木辛柯梁理论和K-V阻尼理论,研究了非比例阻尼梁在冲击载荷作用下的频域振动求解方法。推导采用了传统拉普拉斯正变换和基于Durbin公式的拉普拉斯反变换策略(统称拉普拉斯法),发展了阻尼梁系统的动力学方程解法。拉普拉斯法的推演同时涵盖了3种典型的梁边界条件,具有广泛的适用性。数值法的验证采用了特殊构造的比例阻尼点条件,并与基于模态叠加法的求解结果进行了对比分析,且数值算例充分考虑了数值参数和系统参数的影响。计算结果表明:在不同边界条件和受载状态下,拉普拉斯法与模态叠加法均能合理地计算出基本阻尼梁系统的动响应曲线,且两者的求解精度保持在同一量级;同时,捕捉到拉普拉斯法的求解精度会受到系统长细比等参数的影响。拉普拉斯法具有比传统实、复模态叠加法更易操作的特性,但其精度受到了算法固有参数和阶跃外载型式的影响,稳定性仍需进一步提高。 展开更多
关键词 结构力学 拉普拉斯变换 Durbin法 K-V阻尼梁 动响应
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