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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)

2026-06-02 00:02 本頁面

　

【文章內容簡介】 …………………………………………125．結論………………………………………………………………………………19參考文獻…………………………………………………………………………… 20附錄………………………………………………………………………………… 20電樞控制直流電動機的工作實質是將輸入的電能轉化為機械能，也就是由輸入的電樞電壓在電樞回路中產生電樞電流，再由電流與激磁磁通相互作用產生電磁轉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，它是電樞旋轉時產生的反電勢，其大小與激磁磁通即轉速成正比，方向與電樞電壓相反，即，是反電勢系數。電磁轉矩方程：式中，是電動機矩動系數；是電樞電流產生的電磁轉矩。電動機軸上的轉矩平衡方程：式中，是電動機和負載折合到電動機軸上的粘性摩擦系數；是電動機和負載折合到電動機軸上的轉動慣量。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，以便研究在作用下電機轉速的性能。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。直升機在發動前，系統的總角動量為零。在發動后，旋翼在水平面內高速轉動，系統會出現一個豎直向上的角動量。由旋翼產生的升力豎直向上，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生力矩，故系統的角動量守恒。雙旋翼直升機在直立軸上安裝了一對向相反方向旋轉的旋翼，通過對兩旋翼旋轉角速度的控制，實現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，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。控制系統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（1）上下旋翼均為三葉槳，且尺寸，重量等各種物理參數均相同；（2）上下旋翼旋轉軸通過機身質心；（3）機身外形簡化成體積相同的長方體，質心位于其幾何中心。上下旋翼的每葉槳的轉動慣量為（1代表上旋翼，2代表下旋翼）機身的轉動慣量為式中：轉動慣量，：旋翼每葉的質量，：旋翼每葉的長度，：機身的質量，：機身的長度。根據角動量守恒得到方程進而得到，即令，（式中正負號代表方向）得到本控制系統的被控對象是共軸的兩個旋翼，控制量是兩旋翼的旋轉角速度。根據數學建模的分析，得到傳遞函數：由以上假設可知所以有進而得到式中得到系統結構如下R(s)N(s)N(s)___C(s)化簡后的結構圖如下R(s)C(s)_根據勞斯判據，系統穩定需滿足此系統為Ⅰ型系統因此，要求系統具有較高的穩態性能，需設置合理的值。在擾動信號作用下，系統具有擾動誤差，擾動誤差傳遞函數為所以擾動作用

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