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《西北工业大学》 2005年
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微型扑翼飞行器控制技术研究

符冰  
【摘要】:近年来,随着微纳米技术和微机电系统的蓬勃发展,微型扑翼飞行器的研究也受到越来越多人们的重视,因其在国防、民用许多领域有着同类型的固定翼和旋翼飞行器无可比拟的优势,许多国家斥巨资对此项目进行各项基础研究,大大加强了在此领域的研究力度。 本论文主要是探索微型扑翼飞行器的控制技术。重点从仿生学原理出发建立了飞行器的运动模型,分析各种控制器的设计方法,并进行了实际的样机制作与试验分析。 从生物学的观点看,鸟类和昆虫之所以能获得高超的飞行技能是基于以下两个因素:(1)通过扑翼飞行的非定常空气动力学特性提供较大的力和力矩的能力,(2)性能完善的传感和神经控制系统。受昆虫的启发,本文分析了一款实际制作的微型扑翼飞行器(FMAV)各参数的可控性。提出了一种工程近似的方法来计算扑翼飞行的气动力,在此基础上利用牛顿定律写出了空间运动刚体的运动学和动力学方程,建立了微型扑翼飞行器的简化数学模型。 按照传统控制理论的小扰动假设,将飞行器的运动分为纵向运动和横侧向运动两组,针对这两组不同的运动分析了各自的运动特征,设计出适合各自特征的控制子系统:阻尼器、增稳系统、姿态控制系统、轨迹控制系统等。从技术的角度看,简单的比例反馈控制方法就可以实现飞行器各种飞行模态的控制,因此本文控制器的设计主要使用此种方法。 针对微型扑翼飞行器的非线性特点,本文还分析了将一些现代的控制理论应用到飞行器控制上的可行性,设计了纵向运动的轨迹跟踪系统和最优控制系统,还设计了微型扑翼飞行器的悬停控制器,验证了飞行器的机动性,最后利用神经网络技术设计了自适应校正控制系统,验证了用神经网络解决飞行器非线性问题的可行性和优越性。 飞行器的具体试验制作和遥控控制也是本文工作的一个重要部分。针对飞行器重量小、带载能力差的特点,介绍了适合此类飞行器特点的各种遥控元器件的选择和三种不同的舵面控制方法,并简要介绍了微型扑翼飞行器的升力测量系统,对试验数据进行了简单的分析,并总结出了扑翼升力随各可变参数变化的规 西」七工业大学硕士学位论文.摘要 律。 文章的最后部分对本论文的工作进行了总结,并讨论了未来的研究重点和方 【关键词】微型扑翼飞行器数学模型控制系统最优控制神经网络仿真
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:V249

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 段洪君;微型飞行器飞行姿态控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 夏风;扑翼微型飞行器动力学建模与控制算法研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
2 窦志龙;微型平直可折叠扑翼飞行器的控制技术[D];东北大学;2011年
3 刘淳;仿蝙蝠翼微型扑翼飞行器空气动力性能的研究[D];东北大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 侯宇 ,方宗德,刘岚,吴立言;基于MEMS技术的微扑翼飞行器研究[J];航空制造技术;2003年09期
2 赵亚溥;微型飞行器中的关键力学和智能材料问题[J];中国科学基金;2000年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 刘晓利;机载布撒器纵向控制系统分析[J];弹道学报;2002年03期
10 齐少军;廖崇尧;刘忠仕;陈昌伟;;远程飞航导弹燃油质量快速求解方法[J];导弹与航天运载技术;2008年01期
中国重要会议论文全文数据库 前8条
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3 张玲;甘欣;陈宁;马力;姬云;朱江;;某型飞机飞行训练模拟器飞行仿真研究[A];'2010系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2010年
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6 曹美文;曹云峰;李峰;;微型飞行器的速度控制回路的设计与仿真[A];全国自动化新技术学术交流会会议论文集(一)[C];2005年
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8 朱大勇;张四维;;岩质边坡滑动场及其数值模拟[A];面向21世纪的岩石力学与工程:中国岩石力学与工程学会第四次学术大会论文集[C];1996年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 毕胜;变结构飞行器的多刚体建模和姿态控制[D];中国科学技术大学;2010年
2 王倩;高超声速飞行器飞行控制系统设计方法与仿真研究[D];复旦大学;2011年
3 贺成龙;可重复使用运载器亚轨道上升段制导与控制技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
4 彭松林;基于曲柄摇杆机构的扑翼微飞行器的研究[D];上海交通大学;2010年
5 张镭;飞行模拟器飞行仿真系统建模与软件实现[D];哈尔滨工业大学;2009年
6 姚克明;火星无人机控制与自主导航关键技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
7 胡宇群;微型飞行器中的若干动力学问题研究[D];南京航空航天大学;2002年
8 苏建徽;光伏水泵系统及其控制的研究[D];合肥工业大学;2003年
9 张怡哲;火力/飞行/推进控制系统综合研究[D];西北工业大学;2003年
10 曾庆华;基于多学科综合与优化的MAV飞行控制器设计方法研究[D];国防科学技术大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 梁焕;基于Multigen Vega的舰载机降落视景仿真[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 吴国强;无人机航迹跟踪控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 李航;小型四旋翼飞行器实时控制系统研究[D];大连理工大学;2010年
4 罗景文;用于航拍的小型无人直升机增稳实验系统设计及控制算法研究[D];昆明理工大学;2009年
5 张成义;气动辅助变轨的轨道模拟[D];浙江大学;2010年
6 马泽孟;DF-1轻型飞机气动及性能估算[D];南京航空航天大学;2010年
7 周月平;无人机余度飞行控制软件的设计与研究[D];南京航空航天大学;2010年
8 黄海;无人直升机悬停/小速度段的飞行控制律设计技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
9 满朝媛;小型无人机横侧向飞行控制律设计技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
10 刘斌;基于微机电系统(MEMS)的惯性测量单元的设计与开发[D];南京航空航天大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭卫刚;贾忠湖;康小伟;;微型扑翼飞行器的现状及关键技术[J];飞航导弹;2007年12期
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3 李占科,宋笔锋,宋海龙;微型飞行器的研究现状及其关键技术[J];飞行力学;2003年04期
4 徐春春,吴文海,耿昌茂;非线性自适应控制理论在无人直升机飞行控制系统设计中的应用[J];飞机设计;2002年02期
5 何娜;黄智伟;;基于CC2520的ZigBee/IEEE.802.15.4的收发器电路[J];工业控制计算机;2009年03期
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7 侯宇,方宗德,刘岚,傅卫平,吴立言;微扑翼飞行器驱动机构的设计与动态特性研究[J];航空动力学报;2004年04期
8 刘岚,方宗德,侯宇,傅卫平,吴立言;微型扑翼飞行器的气动建模分析与试验[J];航空动力学报;2005年01期
9 侯宇 ,方宗德,刘岚,吴立言;基于MEMS技术的微扑翼飞行器研究[J];航空制造技术;2003年09期
10 翁梓华,黄太平,吴金明,林淑芬,莫位平;微型飞行器的研究进展和主要技术[J];航空制造技术;2005年02期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 胡宇群;微型飞行器中的若干动力学问题研究[D];南京航空航天大学;2002年
2 曾庆华;基于多学科综合与优化的MAV飞行控制器设计方法研究[D];国防科学技术大学;2003年
3 周建华;微型拍翅式飞行机器人翅运动及控制系统研究[D];东南大学;2005年
4 段洪君;微型飞行器飞行姿态控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
5 朱保利;多自由度扑翼微型飞行器设计研究[D];南京航空航天大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 林冶;三自由度飞行器模型的模糊PID控制研究[D];东北大学;2009年
2 马杰;微型飞行器模糊控制及信号采集系统综合设计[D];南京航空航天大学;2002年
3 谢树光;非线性模型预测控制(NMPC)在微型飞行器自适应控制中的应用[D];厦门大学;2002年
4 宋海龙;微型扑翼飞行器传动系统设计及新型扑翼形式概念研究[D];西北工业大学;2005年
5 武立新;仿生扑翼飞行机器人的机理分析及其实验研究[D];扬州大学;2005年
6 殷海洋;来流及翼扑动方式对微型扑翼飞行器气动参数影响的初探[D];东南大学;2006年
7 张明伟;基于仿生学的微扑翼飞行器控制技术研究[D];西北工业大学;2007年
8 周凯;微扑翼飞行器动力学仿真及驱动机构优化设计[D];西北工业大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 李迪;陈向坚;续志军;;增益自适应滑模控制器在微型飞行器飞行姿态控制中的应用[J];光学精密工程;2013年05期
2 袁昌盛;李永泽;谭健;;微扑翼飞行器控制系统相关技术研究进展[J];计算机测量与控制;2011年07期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王晓明;特定功能结构的拓扑优化[D];大连理工大学;2010年
2 陈向坚;微型飞行器姿态的智能控制方法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 洪伟;基于视觉/MEMS的MAV的位姿估计[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 翁丹霞;空中动态物体转速测量系统的研究与实现[D];南京理工大学;2012年
3 戴源源;考虑运动副间隙的翅翼机构周期运动及其稳定性研究[D];西南交通大学;2009年
4 窦志龙;微型平直可折叠扑翼飞行器的控制技术[D];东北大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 赵亚溥;智能微系统力学中的几个问题[J];石家庄铁道学院学报;1999年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘汉忠;葛红宇;张建华;;三轴飞行转台控制系统的仿真研究[J];南京工程学院学报(自然科学版);2007年01期
2 李国勇;陈晓雷;;基于实数编码遗传优化的神经网络参数自学习PID控制器[J];微电机;2008年01期
3 杨庆华;邵铁锋;鲍官军;张立彬;;基于FPGA的气动柔性手指的神经网络控制器设计[J];中国机械工程;2006年24期
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9 谭茀娃,金如麟;展望变频调速及其控制技术的前景[J];电器工业;2003年01期
10 张广平;;PLC技术在稳定土厂拌设备中的应用[J];公路交通技术;2006年02期
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1 沈波;黄勇;;三联灌区自动化控制技术研究与应用[A];中国水利学会2003学术年会论文集[C];2003年
2 张邦礼;曹长修;;人工环境控制系统[A];1995年中国控制会议论文集(下)[C];1995年
3 延俊华;吴麒;高黛陵;;基于对象冲击响应的NN控制器实现[A];1995年中国控制会议论文集(下)[C];1995年
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6 杨力夫;张忠海;陈以田;;CAN总线控制技术及其在工程机械中的应用[A];中国工程机械学会2003年年会论文集[C];2003年
7 张俊;刘成;张井歧;;炼油生产过程的神经网络智能优化控制[A];第三届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2005年
8 廖党金;戴卓建;蒋兴德;凌建中;曾伟;胡勇;王华东;韦俞军;;奶牛场寄生虫病控制新技术研究[A];中国畜牧兽医学会家畜寄生虫学分会第五次代表大会暨第八次学术研讨会论文集[C];2004年
9 王圣;朱法华;;我国燃煤电厂氮氧化物控制技术与对策[A];中国环境保护优秀论文精选[C];2006年
10 李晔;;基于遗传算法和神经网络的二级倒立摆控制系统[A];第25届中国控制会议论文集(中册)[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 中国纺织机械器材工业协会;电气与自动化技术实现智能迈向集成[N];中国纺织报;2007年
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4 羌菊兴 舒萦 凌鹰鹤 罗文钦(作者单位:宝钢集团宝钢股份公司);自适应控制技术确保精确轧制[N];中国冶金报;2005年
5 本报记者;打造中国信息化控制技术基地[N];青岛日报;2005年
6 李杰;交流传动系统及高性能控制技术研究与应用 项目列入2005年度国家科技进步二等奖[N];科技日报;2006年
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8 宁建民;采用地表斑裂下沉控制技术[N];中国职工科技报;2006年
9 郑明;探索面向生产的集成控制技术[N];科技日报;2007年
10 李崎 鲁菲;燕大成功承办第五届流体传动与控制国际会议[N];秦皇岛日报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 董岩;基于神经网络的机载三轴稳定平台控制系统算法应用研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
2 汪木兰;神经网络硬化实现的共性技术在电力传动中应用研究[D];合肥工业大学;2010年
3 甘永;水下机器人运动控制系统体系结构的研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
4 刘志祥;深部开采高阶段尾砂充填体力学与非线性优化设计[D];中南大学;2005年
5 戴雪龙;PET探测器神经网络定位方法研究[D];中国科学技术大学;2006年
6 马戎;智能控制技术在炼钢电弧炉中的应用研究[D];西北工业大学;2006年
7 文敦伟;面向多智能体和神经网络的智能控制研究[D];中南大学;2001年
8 吴大宏;基于遗传算法与神经网络的桥梁结构健康监测系统研究[D];西南交通大学;2003年
9 杜文斌;基于神经网络的冠心病证候诊断标准与药效评价模型研究[D];辽宁中医学院;2004年
10 熊雪梅;参数化模糊遗传神经网络及在植物病害预测的应用[D];南京农业大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 符冰;微型扑翼飞行器控制技术研究[D];西北工业大学;2005年
2 陈少华;基于Hopfield神经网络控制系统的研究[D];山东科技大学;2010年
3 杨立儒;基于神经网络的电路故障诊断的研究与实现[D];解放军信息工程大学;2010年
4 刘兰兰;基于神经网络和遗传算法的H型钢粗轧工艺参数优化研究[D];山东大学;2011年
5 田鹏明;基于神经网络的振动主动控制研究[D];太原理工大学;2012年
6 姜宇;发动机裂解设备故障诊断技术的研究[D];吉林大学;2012年
7 邢远凯;基于决策树和遗传算法的神经网络研究及应用[D];浙江大学;2010年
8 高宝建;基于神经网络的月降水预报模型在洪泽湖的应用研究[D];南京信息工程大学;2012年
9 来建波;基于神经网络的路段行程时间预测研究[D];云南大学;2011年
10 闫超;基于BP神经网络的煤矿深埋硐室软岩流变参数反演分析[D];安徽理工大学;2011年
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