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6 自由度多旋翼飞行器的建模与控制：Air-Ball by ...
我要感谢我的导师：Markus Wilde 博士、Tiauw Go 博士和 James Brenner 博士，感谢他们在我在佛罗里达理工学院的整个学术生涯中给予我的耐心、指导和支持。如果没有他们的专业知识，这篇论文就不可能完成。我要特别感谢 Wilde 博士，感谢他从大三设计到大四设计一直指导这个项目，并将其变成一个论文项目。这个项目给了我一个成长为工程师的绝佳机会。我还要感谢我的矩阵主管 Jose Nunez 博士，感谢他给一个刚毕业的工程研究生一个机会，并给了我在 NASA KSC 工作的机会。特别感谢我的 NASA 导师：Mike DuPuis 和 Michael Johansen，感谢他们的耐心以及他们在建模和控制方面的丰富知识。当然，我要向 NASA KSC 飞行技术部门的所有人表示感谢。最后，我要感谢我的朋友 James (Jimmy) Byrnes、Andrew Czap、Juliette Bido 和 Charles (Joe) Berry 在本论文的整个过程中给予的支持和投入。我很自豪地说我和他们是同一届的。
受限室内环境中的四旋翼飞行 - INAOE
无人机在民用领域的应用越来越广泛。四轴飞行器是一种经过广泛研究的无人机，是新型控制技术的绝佳试验台。四轴飞行器的一些预期用途需要在受限环境中运行，其中物体靠近飞行器。在这些条件下，飞行会受到空气动力学相互作用（力和扭矩）的影响。直观地讲，这些相互作用可以看作是气流从周围环境中反弹回飞行器。由于现有的精确模型需要大量的计算负荷，并且不能用于四旋翼飞行器的实时控制回路，因此开发用于描述此类相互作用的有效计算方法仍有待改进。本研究假设，通过一个可以实时部署并近似气动相互作用行为的简化数学模型，可以改善四旋翼飞行器的飞行控制。为了证实这一假设，我们的目标是开发一种有效的气动相互作用模型，该模型可以从模拟和实验数据中检索。为解决这个问题，我们将探索三个主要知识领域：控制理论、人工智能和流体力学。作为初步进展，我们提出了非线性四旋翼控制的数值优化技术。
受限室内环境中的四旋翼飞行器 - INAOE
无人机在民用领域的应用越来越广泛。四轴飞行器是一种经过广泛研究的无人机，是新型控制技术的绝佳试验台。四轴飞行器的一些预期用途需要在受限环境中运行，其中物体与飞行器距离很近。在这些条件下，飞行会受到气动相互作用（力和扭矩）的影响。直观地讲，这些相互作用可以看作是气流从周围环境中反弹回飞行器。开发用于描述此类相互作用的有效计算方法仍有待改进，因为现有的精确模型需要大量的计算负荷，并且不能用于四旋翼飞行器的实时控制回路。这项研究假设，使用一个可以实时部署并近似气动相互作用行为的简化数学模型，可以改善四旋翼飞行器的飞行控制。为了证实这一假设，我们的目标是开发一种有效的气动相互作用模型，该模型可以从模拟和实验数据中检索出来。为解决这个问题，我们将探索三个主要知识领域：控制理论、人工智能和流体力学。作为初步进展，我们提出了非线性四旋翼控制的数值优化技术。
Pelican 四旋翼飞行器的 PD 和反步控制实时设置
近年来，四旋翼飞行器控制设计研究迅速增多。四旋翼飞行器的线性控制器设计已在多项工作中实现，如线性二次调节器 (LQR) 和比例积分微分 (PID) (Khatoon 等人，2014) (Reyes-Valeria 等人，2013)。非线性控制设计也已通过不同的技术实现，如反步法 (Das 等人，2009)、滑模 (Runcharoon 和 Srichatrapimuk，2013) 和反馈线性化 (Saif，2009)。(Castillo 等人，2005) 将非线性控制算法与 LQR 控制律的性能进行了比较。结果显示，线性控制器应用于非线性系统时，响应不稳定，而非线性控制器则显示稳定响应。(Gomes 等人，2016) 使用 AR.Drone 四旋翼飞行器和 Vicon 运动捕捉系统跟踪移动目标，并使用比例微分 (PD) 控制器进行线性定位。(Mashood 等人，2016) 展示了两架 AR.Drone 使用 VICON 系统和 MATLAB/SIMULINK 进行反馈和控制实现，沿平方路径飞行的实验结果。这可以通过 AR Drone Simulink 开发套件 (ARDSDK) 实现。(Campbell 等人，2012) 展示了四旋翼飞行器自动驾驶仪的设计和实现，使无人机能够起飞、从一个位置移动到另一个位置并降落在所需位置 -
使用 PD 和反步控制对 Pelican 四旋翼飞行器进行实时设置
近年来，四旋翼飞行器控制设计研究迅速增多。四旋翼飞行器的线性控制器设计已在多项工作中实现，如线性二次调节器 (LQR) 和比例积分微分 (PID) (Khatoon 等，2014) (Reyes-Valeria 等，2013)。非线性控制设计也已通过不同的技术实现，如反步法 (Das 等，2009)、滑模 (Runcharoon 和 Srichatrapimuk，2013) 和反馈线性化 (Saif，2009)。 (Castillo 等，2005) 将非线性控制算法与 LQR 控制律的性能进行了比较。结果表明，线性控制器应用于非线性系统时响应不稳定，而非线性控制器则表现出稳定的响应。 (Gomes 等人，2016) 使用 AR.Drone 四旋翼飞行器和 Vicon 运动捕捉系统跟踪移动目标，并使用比例微分 (PD) 控制器进行线性定位。 (Mashood 等人，2016) 展示了两架 AR.Drone 沿平方路径飞行的实验结果，使用 VICON 系统和 MATLAB/SIMULINK 进行反馈和控制实现。这可以通过 AR Drone Simulink 开发套件 (ARDSDK) 实现。 (Campbell 等人，2012) 展示了四旋翼飞行器自动驾驶仪的设计和实现，使无人机能够起飞、从一个位置转移到另一个位置并降落在所需位置。
DVE 中的旋翼 (RW) 事故 - 最新统计数据 - NATO STO
目视下降 (BO) 是指直升机在干旱气候下起飞或降落时，旋翼下洗气流扬起灰尘，然后旋翼叶片将灰尘带回，导致驾驶舱窗外能见度很低或完全没有能见度的情况。在雪地（白化目视下降）或水面上着陆或起飞也会出现类似情况。值得注意的是，机组人员通常将雪地条件下的目视下降称为“雪球”，以将这种特殊情况与大气目视下降区分开来，大气目视下降是由全向卷云形成、雾气或连续积雪表面的阴天或间歇性云层与积雪地形混合而引起的。一般而言，目视环境恶化 (DVE) 会导致飞行员依赖不充分的驾驶舱仪表、机上机组人员的呼叫以及天生的驾驶技能来成功执行 DVE 着陆。在 DVE 中飞行对旋翼机飞行员来说一直是一个挑战。由于北约一直在干旱气候下（例如伊拉克、非洲和阿富汗）作战，因此旋翼机故障 (RWB) 是大约 75% 的联军直升机事故的罪魁祸首。在 HFM-162 任务组结束时的 2013 年报告中，总结了每个派遣国因 DVE 导致的旋翼机事故。这些统计数据在此处提供，在某些情况下，已更新至 2016 年。提出了改进 RW 飞机的建议，以帮助减少飞机和人员伤亡。
搭载空中机械手的六旋翼飞行器的导航控制与稳定性研究
摘要 本文使用牛顿-欧拉法建立了配备机械臂的六旋翼飞行器的动力学模型，并研究了其稳定性。为了模拟干扰，使用了简化的摆锤法。这种六旋翼飞行器配置以前从未在科学论文中涉及过。所得模型是一个非线性、耦合和欠驱动的动力学模型，其中包括由于六旋翼飞行器配备机械臂而产生的空气动力学效应和干扰。本文的目的是全面研究使用简化摆锤法确定六旋翼飞行器的惯性矩，同时考虑到质量分布和重心变化的影响，这是六旋翼飞行器在空中运动期间机械手连续运动的结果。实验测试是使用 Solid Works 应用程序进行的，并使用 LabVIEW 进行评估，以便全面了解插入到动力学模型中的干扰。整个飞行器模型由四个经典的 PID 控制器驱动，用于控制飞行器的姿态和空间中所需轨迹的高度。这些控制器用于很好地理解如何评估和验证模型，使其成为抗干扰模型，此外，它们还易于设计和快速响应，但它们需要开发才能获得最佳结果。将来，将定义精确的轨迹，
对高空旋翼空气力学的基本理解...
1.1 复合直升机示例。........................3 1.2 倾转旋翼飞机示例。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1.3 前飞对后退叶片速度的影响。.........4 1.4 同轴反向旋转旋翼能够在前飞期间保持每个旋翼的升力不对称，每个旋翼的力矩相互抵消。通过消除后退叶片升力来平衡旋翼力矩的需要，可以缓解后退叶片失速，就像在单旋翼飞行器中一样（左图）[5]。..。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。..4 1.5 兰利全尺寸风洞中的 PCA-2 转子测试装置 [11]。.9 1.6 带有悬臂转子配置的 Meyer 和 Falabella 风洞测试装置 [12]。.............................10 1.7 叶片表面压力端口的展向和弦向位置 [12]。11 1.8 零铰链偏移转子的轮毂组件，显示来自叶片的压力管连接到轮毂内的压力拾取器 [12]。.12 1.9 1965 年詹金斯在兰利全尺寸风洞中的测试装置 [13]。.14 1.10 高前进比时转子推力和 H 力系数与总距 (A0) 的关系，显示总距推力反转 [13]。..........15 1.11 反向速度转子风洞模型中使用的“可逆”翼型截面轮廓 [16]。.........................18 1.12 为反向速度转子风洞模型开发的每转两个斜盘 [16]。.。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。...19 1.13 在恒定盘面载荷下测量的有效转子升阻比，以提高前进比 [16]。.......................21 1.14 升力对总距比与前进比的敏感度变化 [16]。....22 1.15 位于 NASA 艾姆斯研究中心 40 x 80 英尺 NFAC 风洞中的仪表化 UH-60A 空气负载旋翼 [17]。...。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。24 1.16 压力传感器在仪表旋翼叶片上的分布 [17] 24 1.17 UH-60A 减速旋翼风洞试验中明显的集体推力反向趋势 [18]。...................................26 1.18 不同推进比下的升阻比与升力零和正 4 度轴，40% NR [18]。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。27