四旋翼无人机

一、前言 在公安侦查抓捕过程中,在处理如非法集会、聚众闹事等大型突发事件时,以下几点可能是公安干警们最关心的问题：第一,如何保证公安干警的零伤亡;第二,如何保证无辜群众的安全;第三,如何快速反应实施侦察并迅速达到制高点掌控事态的发展,必要时要给予罪犯打击;第四,如何以最佳角度及时记录下事态的整个发展过程,为事后处理提供最有力的证据。     

四旋翼无人机建模与PID控制器设计

文中通过对四旋翼无人机的机体结构和飞行原理的认识,运用牛顿——欧拉法对四旋翼无人机进行动力学受力分析,在小角度转动下,建立了该无人机的数学模型。运用PID对其进行控制,通过无人机的数学模型,设计了双环PID控制器(内环姿态控制与外环位置控制),通过MATLAB仿真验证其有效性。     

基于STM32的X型四旋翼无人机设计

针对四旋翼无人机飞行姿态测量易受干扰、姿态解算和姿态控制输出误差大等问题,以飞行姿态稳定控制为目标,设计了一种基于STM32系列微控制器的X型四旋翼无人机。采用以双处理器、双陀螺仪和双加速度计为主的硬件架构,实时采集无人机飞行姿态信息,并结合基于四元数的互补滤波算法和串级PID控制算法对姿态信息分别进行解算和控制输出。实验结果显示:小角度扰动下,双陀螺仪和双加速度计姿态测量精度高,合理设置双环PID参数后,姿态角输出误差小。结果表明:双传感器硬件架构在姿态测量中的抗干扰性更强,设计的X型四旋翼无人机飞行性能较好,达到飞行姿态稳定控制的目的。研究结果对后续飞行控制系统的深入研究具有一定的指导作用。     

轻型四旋翼无人机声场特性研究

无人机声场特性直接反映无人机飞行过程中的稳定性和其他相关特性,该文通过构建测试平台对轻型四旋翼无人机在不同电流、距离下的声场进行测试;并对固定飞行高度下的无人机声场频率进行试验。试验结果表明:无人机声压强度与声音的传播距离呈对数关系;随着电流的增加,声压衰减系数逐渐减小;在无人机声场衰减模型中常数项基本保持不变,且只和环境相关。同时无人机飞行中声场频率集中在10 kHz左右;随着声场传播距离的增大,无人机声压剧烈减少。该研究可为无人机的相关研究与发展提供理论和实践的依据。     

基于教学和科普工作的微型四轴四旋翼无人机的设计

众所周知,无人机的研究主要是针对军事训练以及实战模拟的工具。20世纪20年代,第一次世界大战爆发,无人机首次出现于军事应用中。至今,无人机在军事、城市管理和视频拍摄等方面的应用较为广泛。随着科技的发展,无人机已逐渐在经济发达地区的高校课堂上出现,但在西藏地区此现象寥寥无几,故希望借助这次研究,认真分析当下无人机的发展状况,了解掌握无人机工作原理(涉及力学、电工学等),研发一款微型的用于教学实践的无人机。在此希望将来能有更多无人机爱好者参与其中,也希望将来能够开设相关课程,积极培养学生在无人机方面的兴趣,以实验、设计推动学生学习兴趣和热情。     

小型四旋翼无人机飞行控制系统设计与实现

为进一步深入研究和开发小型四旋翼无人机搭建飞行控制实验系统,从硬件设计、软件开发和系统调试与飞行试验3个方面对搭建的小型四旋翼无人机飞行控制系统进行较为详细地阐述。飞行试验表明:所设计的飞行控制系统初步实现了对机体姿态的有效控制,为进一步研究自主飞行奠定了基础。     

基于滑模控制的四旋翼无人机姿态跟踪研究

由于应用广泛,四旋翼无人机近年来得到了众多科研人员的关注。本文首先利用Newton-Euler法建立了四旋翼无人机六自由度运动学和动力学模型,并在此基础上设计了基于反步法、滑模控制和动态面理论的姿态跟踪控制器:实际姿态与期望姿态间误差作为控制器输出,无人机所受合力与各方向力矩作为控制器输出。最后,通过Matlab对无人机控制系统进行数值仿真,仿真结果表明了所设计姿态控制器的可行性和有效性。     

小型四旋翼无人机系统在基层派出所的应用

本文针对基层派出所在日常警务工作中的需要,试验利用四旋翼无人机系统进行夜间巡逻、集会管控、重点区域排查等任务。本系统利用无人机方便灵活的视频采集功能,将其与4G无线通信设备结合使用,组成一个远距离视频传输系统,实现以派出所为中心覆盖整个辖区范围的移动监控,为公安干警提供实时现场情况及决策依据。     

机场摆渡车车身结构轻量化设计

机场摆渡车主要用于机场乘客的短途转运,多应用于大、中型机场中,机场摆渡车能够在机场航班班次较多且机场廊桥无法满足乘客登机时使用,通过使用机场摆渡车将旅客短途运送至远处停机处进行登机。机场摆渡车是一种大承载量、低运速的短途运输设备,在机场摆渡车的设计中通过采用轻量化车身设计将使得机场摆渡车在不改变发动机功率的同时能够有效地提高机场摆渡车的运载系数,从而使得机场摆渡车在运行的过程中油耗率更低、污染排放更少。     

二轴倾转旋翼无人机的设计及实现

该文结合多旋翼无人机和固定翼无人机的优点设计了二轴倾转旋翼无人机,这是一款摒弃传统设计观念的新型无人机。采用碳纤维复合材料以及巴尔沙木材,在最大程度减重的同时又保证了机体的强度。通过机载STM32处理器引导输出不同宽度的PWM波脉控制舵机带动发动机吊舱实现倾转。在垂直飞行姿态下,其最大推重比可达2,在水平飞行姿态下,其续航时间为52 min。其凭借着大推重比和高续航时间,可在山区、灾区等复杂环境中进行勘察、巡航等作业。     

微型旋翼式无人机电池支架结构拓扑优化设计方法探析

微型旋翼式无人机是一种利用遥控设备进行远程控制的不载人飞行器,用来执行特定的航空任务.因为其体积小、造价低、使用方便等特点已经被广泛应用于军事和民用领域.当前微型旋翼式无人机的续航性能,主要是解决电池问题,电池支架是无人机重要的组成部分,是根据HyperMesh/OptiStruct变密度优化方法进行无人机电池支架结构...     

提高四旋翼无人机起飞/着陆的运动稳定性的研究

考虑到四旋翼无人机在起飞/着陆过程中,因受近地空间复杂气流等扰动作用而极易出现运动稳定性问题,提出了通过优化飞行器的结构参数来提高飞行器运动控制的稳定性的方法。从机械结构设计出发,通过Lyapunov指数方法建立飞行器结构参数与系统运动稳定性之间的量化关系,以此指导系统的机械结构设计及控制系统优化,提高系统的可靠性和稳定性。该方法的可行性和有效性已通过实例仿真分析得到验证。     

基于动态运动基元的微小型四旋翼无人机路径规划

针对微小型四旋翼无人机的路径规划问题,引入运动学习框架,提出了一种基于动态运动基元的路径规划方法。该方法通过对给定运动样本的学习提取出运动基元,并将学习结果推广到新的飞行目标,从而泛化出相应的运动轨迹。有障碍物的情况下,在已有学习基础上通过设计耦合因子规划出避障路径,然后将规划的轨迹点集提供给微小型四旋翼无人机完成路径跟踪飞行任务。该路径规划方法的可行性通过微小型四旋翼无人机不同目标点的飞行任务仿真得到了验证。仿真实验还验证了该方法在三维空间进行有效避障的性能。     

复合材料包装箱结构轻量化设计仿真技术研究

目的 针对复合材料结构包装箱进行轻量化设计,使其在内压及堆码工况下,结构强度能够满足使用要求。方法 针对局部非主承力位置进行改进,利用ABAQUS软件对包装箱的内压和堆码工况进行数值仿真分析,其中载荷工况安全系数均为1.5。结果 包装箱理论质量减少了64 kg,减少比例约为5.4%。最大载荷应力为344MPa,变形量为4.69mm,均满足使用要求。结论 包装箱结构轻量化后,在内压工况下各结构应力水平均有小幅上升,在堆码工况下各结构应力水平无明显变化,综上均处于安全范围,不会导致结构破坏。优化后的产品,实现了轻量化效果,理论证明结构改进安全可靠。可为国内类似复合材料包装箱轻量化结构改进提供数据支撑。     

利用导重法进行结构轻量化设计

结构轻量化设计的目的是以最少的设计资源设计出性能合格的产品结构,以降低产品生产成本,提高产品性价比和市场竞争力。结构轻量化的实质是材料重量在结构几何空间内及构件间的合理分配。导重法是可用于产品结构轻量化的结构优化有效方法,它可适用于包括各类单元的各种产品结构构件尺寸优化与结构几何形状优化以及结构拓扑优化;其目标与约束可以涉及各种结构静动力性态。首先给出结构优化导重法用于结构轻量化设计的具有广泛一般性的数学模型及其求解方法。接着给出一种新的包络函数-方根包络函数,使数目庞大的应力与位移约束凝聚为单值强度约束与单值精度约束;还给出适用于多数产品结构轻量化设计的单性态约束优化实用模型与解法;最后给出两个产品结构轻量化的应用实例,验证了导重法用于轻量化设计的有效性与广泛适用性。     

基于嵌入式的农田信息采集四旋翼飞行器设计

农业生产中,实时对农作物的生长环境信息、作物状态信息、图像信息等进行采集是必不可少的,而当前,农作物生长监测方式大多针对点的监测,监测范围小,费时费力,不具有普遍性。本项目旨在突破单点监测方式,以STM32为主控芯片,结合GPS全球定位技术、传感器采集及电量监测技术,遥控视距内四旋翼飞行,采集目标一定范围内的地理位置、温湿度、光照及飞行器电量的信息,利用上位机显示采集数据,并生成数据文档。此无人机监测方式,在无损农作物的前提下,能够实现对农田多方位的便捷监测,弥补了当前农田环境监测方式的不足,且采集到的数据存储系统化,对农田作物生长监测具有重要意义。     

高速列车车体轻量化层状复合结构隔声设计

随着高速列车车体结构轻量化的发展,层状复合结构车体在高速列车上得到广泛应用,提高层状复合结构的隔声性能,是高速列车减振降噪的关键技术。基于传递矩阵法,建立"铝板+多孔材料层+空气层+碳纤维增强板"的典型高速列车层状复合结构车体隔声计算分析模型,并分析多孔材料和空气层对层状复合结构车体隔声性能的影响。结果显示,混响声场激励下,在铝板和碳纤维增强版之间仅增加空气层只能提高车体结构高频隔声量,低频部分会由于"板-空气-板"的系统耦合共振,形成显著吻合谷,导致其隔声性能在吻合谷频率处大幅下降。对此,利用多孔材料吸声原理,提出在空气层中增加吸声材料层,抑制隔声吻合低谷,通过优化设计,得出"铝板+空气层+吸声材料+空气层+碳纤维增强板"的优化结构形式,在实现车体轻量化目标同时,可有效提高其隔声性能。     

基于多学科多目标的车架结构轻量化设计

针对某载货汽车车架的性能分析与轻量化问题，首先基于有限元方法建立车架离散化模型，对其进行弯曲刚度分析和弯曲刚度试验，验证有限元方法的正确性。然后对车架进行自由模态分析，获取其低阶模态频率。再建立整车刚柔耦合动力学模型，提取车架在转弯、制动和上跳工况下的载荷，并应用惯性释放方法对其进行强度分析。最后基于集成平台对车架主要部件厚度值进行多学科多目标优化设计，分析结果表明优化之后车架静动态性能均符合设计要求，其总重量降低9.3 %，并且通过了整车道路可靠性试验的验证，实现结构与性能最优，轻量化效果比较理想。