复杂风场环境对四旋翼无人机运动特性影响分析
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贵州理工学院 航空航天工程学院

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中图分类号:

TP271.61

基金项目:

贵州省基金基础研究计划(自然科学)项目(黔科合基础-ZK[2022]一般172、一般182);贵州省教育厅普通本科高校青年科技人才成长项目(黔教合KY字[2022]350号);贵州省普通高等学校工程研究中心项目(黔教合KY字[2018]007);贵州理工学院高层次人才引进科研启动项目(XJGC20190610)。


Analysis of the Influence of Complex Environment on Motion Characteristics of Quadrotor UAV
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    摘要:

    四旋翼无人机在未来越来越多的应用场合中,将面临复杂多样的飞行环境;将风切变、突风以及Dryden紊流风组合,建立四旋翼无人机所处的外界复杂风扰动模型,分别建立受空速影响的桨叶挥舞诱导阻力/力矩以及空气阻力/力矩模型,依据牛顿力学建立复杂环境下四旋翼无人机的动力学模型;通过数值仿真,分析了定点悬停和轨迹跟踪过程中,复杂环境对四旋翼无人机运动特性的影响;实验结果表明:在进行复杂环境四旋翼无人机的高精度控制系统设计时,应该综合考虑风切变、突风和紊流风所组成的复杂风场,且在动力学模型中应同时考虑桨叶挥舞和风阻因素;实验结果具有一定的工程实际意义。

    Abstract:

    In the future, quadrotor Unmanned Aerial Vehicle (UAV) will face complex and diverse flight environments in more and more applications; By combining wind shear, gust wind and Dryden turbulent wind, the external complex wind disturbance model of the quadrotor UAV is established; Respectively, the induced drag/torque of blade flapping and air resistance/moment models affected by airspeed were established; According to Newtonian mechanics, the dynamic model of the quadrotor UAV in complex environments was established; Through numerical simulation, the influence of complex environment on the motion characteristics of quadrotor UAV in the process of fixed-point hovering and trajectory tracking is analyzed; The experimental results show that complex wind field composed of wind shear, gust wind and turbulent wind should be considered comprehensively when designing the high-precision control system of quadrotor UAV in complex environment, and the factors of blade flapping and wind resistance should be considered simultaneously in the dynamics model. The experimental results have certain practical significance for engineering.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

高宏建,汪阳生,陈霖周廷,胡建兴,王文举.复杂风场环境对四旋翼无人机运动特性影响分析计算机测量与控制[J].,2025,33(2):192-202.

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  • 收稿日期:2023-12-11
  • 最后修改日期:2024-01-17
  • 录用日期:2024-01-19
  • 在线发布日期: 2025-02-26
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