微型飛行器建模與控制

內(nèi)容概要

　　微型飛行器（MAV）是當(dāng)今航空、航天領(lǐng)域的一個(gè)嶄新的尖端子領(lǐng)域，涵蓋了空氣動(dòng)力學(xué)、微機(jī)械、微電力、微計(jì)算機(jī)及自動(dòng)控制等多個(gè)學(xué)科?！段⑿惋w行器建模與控制》以作者多年的相關(guān)研究工作為基礎(chǔ)，主要針對(duì)MAV飛行動(dòng)力學(xué)建模及其姿態(tài)控制問(wèn)題，將部分理論研究成果進(jìn)行總結(jié)、提煉而成?！段⑿惋w行器建模與控制》主要內(nèi)容有緒論、昆蟲(chóng)的振翅飛行機(jī)理、MAV飛行的動(dòng)力學(xué)模型、MAV飛行姿態(tài)的積分反饋補(bǔ)償控制、MAV飛行姿態(tài)的模型分解控制、MAV飛行姿態(tài)的滑模自適應(yīng)控制、MAV飛行姿態(tài)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、總結(jié)與展望等。
　　《微型飛行器建模與控制》可作為高等院校導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的研究生與高年級(jí)本科生的教材或課外讀物，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)教師和從事微型飛行器研究及其應(yīng)用的工程技術(shù)人員的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

前言
主要符號(hào)表
第1章 緒論
1.1 MAV的研究背景及現(xiàn)狀
1.1.1 國(guó)外MAV的研究現(xiàn)狀
1.1.2 國(guó)內(nèi)MAV的研究現(xiàn)狀
1.2 MAV撲翼飛行的仿生學(xué)探索
1.3 MAV研究的關(guān)鍵技術(shù)
1.3.1 撲翼飛行的非定?？諝鈩?dòng)力學(xué)機(jī)理
1.3.2 MAV柔性翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.3.3 MAV控制策略及導(dǎo)航系統(tǒng)
1.3.4 MAV數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)
1.3.5 MAV機(jī)體結(jié)構(gòu)及機(jī)載設(shè)備微型化
1.3.6 MAV風(fēng)洞試驗(yàn)方法
1.4 MAV飛行運(yùn)動(dòng)控制
1.4.1 MAV位置導(dǎo)航控制
1.4.2 MAV飛行姿態(tài)控制
1.5 本書(shū)主要研究?jī)?nèi)容
1.6 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第2章 昆蟲(chóng)的振翅飛行機(jī)理
2.1 昆蟲(chóng)的翅膀結(jié)構(gòu)及升力產(chǎn)生機(jī)制
2.1.1 昆蟲(chóng)的翅膀結(jié)構(gòu)
2.1.2 昆蟲(chóng)的升力產(chǎn)生機(jī)制
2.2 昆蟲(chóng)飛行的運(yùn)動(dòng)學(xué)
2.3 昆蟲(chóng)飛行的空氣動(dòng)力學(xué)
2.3.1 Weis-Fogh機(jī)制
2.3.2 延遲脫落機(jī)制
2.3.3 翻轉(zhuǎn)效應(yīng)機(jī)制
2.3.4 尾跡捕獲機(jī)制
2.4 振翅飛行氣動(dòng)特性的研究方法
2.4.1 面元法
2.4.2 渦格法
2.4.3 數(shù)值模擬法
2.5 昆蟲(chóng)振翅飛行的數(shù)理分析
2.5.1 昆蟲(chóng)翅膀運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述
2.5.2 昆蟲(chóng)振翅飛行時(shí)的周圍流場(chǎng)
2.5.3 昆蟲(chóng)前向飛行的功耗問(wèn)題
2.6 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第3章 MAV飛行的動(dòng)力學(xué)模型
3.1 MAV動(dòng)力學(xué)建模概述
3.2 坐標(biāo)系的描述
3.2.1 坐標(biāo)系的定義
3.2.2 坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系
3.3 MAV機(jī)體動(dòng)力學(xué)
3.3.1 機(jī)身動(dòng)力
3.3.2 機(jī)翼氣動(dòng)力
3.3.3 機(jī)身動(dòng)力矩
3.3.4 機(jī)翼氣動(dòng)力矩
3.4 MAV動(dòng)力學(xué)方程
3.4.1 機(jī)體質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程
3.4.2 機(jī)體質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程
3.4.3 機(jī)體繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程
3.4.4 機(jī)體繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程
3.4.5 機(jī)翼運(yùn)動(dòng)方程
3.4.6 整機(jī)動(dòng)力學(xué)模型
3.4.7 性能指標(biāo)與設(shè)計(jì)參數(shù)
3.5 MAV姿態(tài)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述
3.6 MAV飛行運(yùn)動(dòng)控制仿真
3.6.1 MAV縱向飛行控制仿真
3.6.2 MAV姿態(tài)控制仿真
3.7 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第4章 MAV飛行姿態(tài)的積分反饋補(bǔ)償控制
第5章 MAV飛行姿態(tài)的模型分解控制
第6章 MAV飛行姿態(tài)的滑模自適應(yīng)控制
第7章 MAV飛行姿態(tài)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制
第8章 總結(jié)與展望

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   昆蟲(chóng)通過(guò)不斷撲動(dòng)翅膀以獲得空氣動(dòng)力，使其停留在空中，因此昆蟲(chóng)對(duì)滑翔利用得十分有限。為了產(chǎn)生這些氣動(dòng)力，昆蟲(chóng)需要空氣加速——在懸?；虼怪鄙仙龝r(shí)使空氣向正下方加速；在向前飛時(shí)則使空氣向下和向后加速。在一次完整的振翅循環(huán)中，空氣氣流無(wú)時(shí)無(wú)刻地不在變化，但必須有一個(gè)一直指向上方的分量以抵消昆蟲(chóng)的重量。昆蟲(chóng)為了在飛行過(guò)程中產(chǎn)生足夠的升力，就需要通過(guò)翅膀的靈巧變形，利用空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)來(lái)產(chǎn)生足夠有效的升力。昆蟲(chóng)振翅運(yùn)動(dòng)方式具有如下特點(diǎn)： 首先，昆蟲(chóng)翅膀有較大幅度的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。昆蟲(chóng)都能利用其翅根處的肌肉在一定范圍內(nèi)主動(dòng)扭轉(zhuǎn)其翅膀，因而在整個(gè)振翅飛行過(guò)程中翅膀攻角都能不斷變化。慣性力和氣動(dòng)力也能夠幫助進(jìn)行這種扭轉(zhuǎn)，還可以全憑這些力來(lái)驅(qū)動(dòng)下?lián)渑c上撲交替之際翅膀的扭轉(zhuǎn)?？諝鈩?dòng)力合力的作用點(diǎn)一般都是位于昆蟲(chóng)翅膀扭轉(zhuǎn)軸線之后，這就往往使得在空氣中飛行的昆蟲(chóng)翅膀發(fā)生螺旋形的扭轉(zhuǎn)。 其次，翅膀的彎度（從翅膀前緣到后緣的曲線曲度）能夠改變。這種改變能夠使翅膀比其不彎曲時(shí)產(chǎn)生更大的升力。此外，昆蟲(chóng)能夠改變翅膀的受力面積。例如，有些種類蝴蝶能通過(guò)改變它們前翅和后翅相互疊合的程度來(lái)改變翅膀總面積的大小，蝗蟲(chóng)則能在上撲時(shí)將其后翅收縮到半折疊位置來(lái)減小其后翅的面積。這一點(diǎn)與鳥(niǎo)類的翅膀折疊運(yùn)動(dòng)有類似的作用。 最后，昆蟲(chóng)采用傾斜的振翅平面，以產(chǎn)生不對(duì)稱的氣動(dòng)力。在向前飛時(shí)，這種傾斜的振翅平面能使翅膀在下?lián)鋾r(shí)相對(duì)于空氣的運(yùn)動(dòng)速度比上撲時(shí)更快一些。由于昆蟲(chóng)翅膀和胸廓之間的扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)本身就是傾斜的，所以大部分昆蟲(chóng)天生就具有傾斜的振翅平面。一些昆蟲(chóng)在想要使其振翅平面更加接近水平面時(shí)，還可通過(guò)將整個(gè)軀體更加向前傾斜來(lái)達(dá)到。 隨著飛行速度的增加，昆蟲(chóng)身體的攻角減小。當(dāng)以最大速度飛行時(shí)，身體攻角幾乎接近于零，以減小身體的氣動(dòng)阻力。振翅平面角（振翅平面與前進(jìn)方向的夾角）也將隨飛行速度的增加而越來(lái)越大。昆蟲(chóng)前向飛行時(shí)，通常翅膀下?lián)涞穆肪€相對(duì)較長(zhǎng)，而上撲的路線相對(duì)較短。振翅上下運(yùn)動(dòng)的不對(duì)稱性能夠產(chǎn)生更加強(qiáng)有力的下?lián)?，這主要用于產(chǎn)生支持身體重量的升力和部分前驅(qū)力，而用力相對(duì)較小的上撲主要用于產(chǎn)生前驅(qū)力。昆蟲(chóng)持續(xù)穩(wěn)定飛行時(shí)不需要很大的前驅(qū)力，一般只需相當(dāng)自身體重10％～20％。

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