【摘 要】
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多旋翼无人机近年来在许多行业都得到广泛应用,本文提出了一种基于共轴旋翼的五轴旋翼机设计方案:以共轴双旋翼作为多旋翼飞行器的中心主旋翼,为飞行器提供主要升力;同时四周
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多旋翼无人机近年来在许多行业都得到广泛应用,本文提出了一种基于共轴旋翼的五轴旋翼机设计方案:以共轴双旋翼作为多旋翼飞行器的中心主旋翼,为飞行器提供主要升力;同时四周旋翼采用平面布局,负责旋翼飞行器的姿态控制。该方案将传统四旋翼无人机与共轴旋翼直升机的优势结合起来。该设计方案大幅提升了旋翼机的续航时间,且结构相对简单,无需控制桨距,极大降低了机械复杂度和控制复杂度,提升了可靠性。以该方案设计为基础,基于动量理论、叶素理论对五轴旋翼无人机建立需求功率模型,并与常见构型的四旋翼、六旋翼无人机进行对比分析,讨论了五轴旋翼无人机需求功率优于常见构型的充分性,为旋翼无人机的最小耗能设计提供了理论支撑。为了说明如何使用升力比、主副桨半径比指导五轴构型设计,以大疆动力系统为例,进行了实际方案的对比分析。接着进行五轴旋翼无人机的硬件设计。借鉴优秀的开源硬件方案,并根据需求提出了双控制器电路,优化了外围电路,同时保留了扩展接口,兼顾了将来功能扩展的需求。该方案满足五轴旋翼无人机现阶段的控制任务。最后,建立五轴旋翼无人机的数学模型,设计了控制器,并通过实验确定电机动力学参数。以实际参数带入控制模型,通过仿真取得合适的控制参数。仿真与实验结果表明,该控制器能有效的实现姿态控制与位置跟踪,满足对五轴旋翼无人机的控制要求。
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