目錄
第1 章緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究意義 2
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3
1.2.1 過驅(qū)動(dòng)多旋翼飛行器優(yōu)化設(shè)計(jì) 4
1.2.2 飛行器姿態(tài)描述方法 11
1.2.3 多旋翼飛行器控制策略 12
1.2.4 多旋翼飛行器軌跡規(guī)劃策略 16
1.3 研究內(nèi)容及方法 18
第2 章多旋翼飛行器可控性評(píng)估 22
2.1 引言 22
2.2 多旋翼飛行器系統(tǒng)組成及運(yùn)動(dòng)機(jī)理 23
2.2.1 系統(tǒng)組成 23
2.2.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)理 27
2.2.3 動(dòng)力學(xué)建模 29
2.3 多旋翼飛行器可控性分析 30
2.3.1 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的影響 33
2.3.2 機(jī)臂旋轉(zhuǎn)的影響 34
2.3.3 機(jī)臂傾斜的影響 35
2.4 多旋翼飛行器結(jié)構(gòu)容錯(cuò)性分析 38
2.4.1 共面配置結(jié)構(gòu)的容錯(cuò)性 38
2.4.2 非共面配置結(jié)構(gòu)的容錯(cuò)性 41
2.5 本章小結(jié) 44
第3 章大角度機(jī)動(dòng)矢量四旋翼飛行器及其5D 軌跡跟蹤控制 45
3.1 引言 45
3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)機(jī)理分析 46
3.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 46
3.2.2 運(yùn)動(dòng)模式分析 48
3.2.3 可控性分析 51
3.3 控制器設(shè)計(jì) 52
3.3.1 動(dòng)力學(xué)模型 52
3.3.2 非線性模型預(yù)測控制 54
3.3.3 控制分配 57
3.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 58
3.4.1 樣機(jī)制作 58
3.4.2 傾轉(zhuǎn)懸停測試 59
3.4.3 軌跡跟蹤測試 61
3.4.4 地面行駛測試 63
3.5 本章小結(jié) 64
第4 章模塊化可重構(gòu)多旋翼飛行器及其6D 軌跡跟蹤控制 66
4.1 引言 66
4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 68
4.2.1 雙自由度傾轉(zhuǎn)模組設(shè)計(jì) 68
4.2.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析 70
4.3 動(dòng)力學(xué)模型 77
4.3.1 雙自由度傾轉(zhuǎn)模組 77
4.3.2 多旋翼飛行器動(dòng)力學(xué)幾何描述 79
4.4 控制器設(shè)計(jì) 80
4.5 仿真測試 83
4.5.1 雙旋翼飛行器 83
4.5.2 過驅(qū)動(dòng)四旋翼飛行器 84
4.5.3 全向飛行器 84
4.6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 86
4.6.1 樣機(jī)實(shí)現(xiàn) 86
4.6.2 雙自由度傾轉(zhuǎn)模組測試 86
4.6.3 懸停測試 87
4.6.4 全向運(yùn)動(dòng)測試 89
4.7 本章小結(jié) 90
第5 章微型過驅(qū)動(dòng)八旋翼飛行器碰撞恢復(fù)控制及其最優(yōu)軌跡 91
5.1 引言 91
5.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)機(jī)理分析 92
5.2.1 樣機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì) 93
5.2.2 動(dòng)力學(xué)模型 99
5.3 控制器框架 99
5.3.1 姿態(tài)控制策略 100
5.3.2 外部力矩估計(jì) 102
5.4 “順勢而為”仿生三維碰撞恢復(fù)策略 102
5.4.1 碰撞恢復(fù)策略描述 102
5.4.2 “順勢而為”軌跡生成 104
5.4.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 107
5.5 最優(yōu)時(shí)間6D 軌跡生成算法 113
5.5.1 空間域軌跡生成 113
5.5.2 時(shí)間域軌跡生成 114
5.5.3 數(shù)值求解 116
5.5.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 118
5.6 本章小結(jié) 123
第6 章新型同步傾斜轉(zhuǎn)子六旋翼飛行器的設(shè)計(jì)與控制 124
6.1 引言 124
6.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 125
6.3 系統(tǒng)建模與分析 127
6.3.1 動(dòng)力學(xué)模型 127
6.3.2 飛行器分析與討論 129
6.3.3 雙錐可達(dá)集 130
6.4 全姿態(tài)幾何控制 131
6.4.1 位置控制 132
6.4.2 姿態(tài)控制 133
6.4.3 控制分配 135
6.5 仿真測試 135
6.5.1 傾轉(zhuǎn)懸停仿真實(shí)驗(yàn) 135
6.5.2 軌跡跟蹤仿真實(shí)驗(yàn) 136
6.6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 136
6.6.1 樣機(jī)制作 136
6.6.2 定點(diǎn)姿態(tài)傾斜實(shí)驗(yàn) 137
6.6.3 6D 軌跡跟蹤實(shí)驗(yàn) 137
6.7 本章小結(jié) 140
第7 章結(jié)論與展望 141
參考文獻(xiàn) 143