共軸雙旋翼直升機懸停方向的控制實驗研究報告(編輯修改稿)
2025-06-02 00:02 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 …………………………………………125．結(jié)論………………………………………………………………………………19參考文獻…………………………………………………………………………… 20附錄………………………………………………………………………………… 20電樞控制直流電動機的工作實質(zhì)是將輸入的電能轉(zhuǎn)化為機械能，也就是由輸入的電樞電壓在電樞回路中產(chǎn)生電樞電流，再由電流與激磁磁通相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩從而拖動負載運動。因此，直流電動機的運動方程有以下三部分組成。電樞回路電壓平衡方程：式中是電樞反電勢，它是電樞旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的反電勢，其大小與激磁磁通即轉(zhuǎn)速成正比，方向與電樞電壓相反，即， 是反電勢系數(shù)。電磁轉(zhuǎn)矩方程：式中，是電動機矩動系數(shù)；是電樞電流產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩。電動機軸上的轉(zhuǎn)矩平衡方程：式中，是電動機和負載折合到電動機軸上的粘性摩擦系數(shù)；是電動機和負載折合到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量。由以上三式消去中間變量、便可得到直流電機的微分方程： 在工程應用中，由于電樞電路電感較小，通常忽略不計，因而上式可以簡化為 式中，可求到的傳遞函數(shù)，以便研究在作用下電機轉(zhuǎn)速的性能。令，則有得到共軸雙旋翼直升機懸停方向的控制是角動量守恒定律的應用。直升機在發(fā)動前，系統(tǒng)的總角動量為零。在發(fā)動后，旋翼在水平面內(nèi)高速轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)會出現(xiàn)一個豎直向上的角動量。由旋翼產(chǎn)生的升力豎直向上，方向通過大致與機身垂直的直立軸，飛機受重力也通過該軸，升力和重力對該軸均不產(chǎn)生力矩，故系統(tǒng)的角動量守恒。雙旋翼直升機在直立軸上安裝了一對向相反方向旋轉(zhuǎn)的旋翼，通過對兩旋翼旋轉(zhuǎn)角速度的控制，實現(xiàn)直升機懸停方向的改變。共軸雙旋翼直升機通過兩個旋翼的差動旋轉(zhuǎn)，進而將直升機懸停在預定位置，因此需要精確控制的變量是直升機的懸停方向?？刂葡到y(tǒng)的輸入量是預期的直升機的懸停方向，輸出量即為實際的懸停方向。假設(shè)（1）上下旋翼均為三葉槳，且尺寸，重量等各種物理參數(shù)均相同；（2）上下旋翼旋轉(zhuǎn)軸通過機身質(zhì)心；（3）機身外形簡化成體積相同的長方體，質(zhì)心位于其幾何中心。上下旋翼的每葉槳的轉(zhuǎn)動慣量為（1代表上旋翼，2代表下旋翼）機身的轉(zhuǎn)動慣量為式中：轉(zhuǎn)動慣量，：旋翼每葉的質(zhì)量，：旋翼每葉的長度，：機身的質(zhì)量，：機身的長度。根據(jù)角動量守恒得到方程進而得到，即令， （式中正負號代表方向）得到本控制系統(tǒng)的被控對象是共軸的兩個旋翼，控制量是兩旋翼的旋轉(zhuǎn)角速度。根據(jù)數(shù)學建模的分析，得到傳遞函數(shù)：由以上假設(shè)可知所以有進而得到式中得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下R(s)N(s)N(s)___C(s)化簡后的結(jié)構(gòu)圖如下R(s)C(s)_根據(jù)勞斯判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定需滿足此系統(tǒng)為Ⅰ型系統(tǒng)因此，要求系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)態(tài)性能，需設(shè)置合理的值。在擾動信號作用下，系統(tǒng)具有擾動誤差，擾動誤差傳遞函數(shù)為所以擾動作用
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