检索结果-内蒙古大学图书馆

自动化学报 2023年第12期49卷 2532-2543页

作者：金龙李嘉昌常振强卢经纬程龙兰州大学信息科学与工程学院兰州730000 高原科学与可持续发展研究院西宁810008 中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室北京100190

微型扑翼飞行器(Flapping wing micro aerial vehicle,FWMAV)因飞行效率高、质量轻、耗能低、机动性强等显著优点,在飞行器研究和应用中占据重要地位.目前,FWMAV姿态控制成为飞行器控制研究领域的研究热点.针对FWMAV姿态控制问题,基于... 详细信息

微型扑翼飞行器(Flapping wing micro aerial vehicle,FWMAV)因飞行效率高、质量轻、耗能低、机动性强等显著优点,在飞行器研究和应用中占据重要地位.目前,FWMAV姿态控制成为飞行器控制研究领域的研究热点.针对FWMAV姿态控制问题,基于平行智能理论框架提出了一种FWMAV抗扰动姿态控制器.通过建立人工系统(Artificial systems,A)、计算实验(Computational experiments,C)、平行执行(Parallel execution,P)三个过程,得到一个能够有效解决FWMAV姿态控制过程中扰动问题的控制器,并通过理论分析和数值仿真证明了该控制器的有效性.

关键词：微型扑翼飞行器姿态控制神经动力学平行智能

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微型扑翼飞行器驱动传动系统设计与建模研究

微型扑翼飞行器驱动传动系统设计与建模研究

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作者：程天伦浙江大学

学位级别：硕士

微型飞行器由于其隐蔽性、高机动性、制造成本低、制造周期短等特点,近年来受到研究者们的广泛关注。随着特征尺度的减小,雷诺数的降低,基于旋翼及固定翼的微型飞行器气动效率逐渐降低,因此,在微型尺度下,模仿小型鸟类及昆虫的扑翼运动... 详细信息

微型飞行器由于其隐蔽性、高机动性、制造成本低、制造周期短等特点,近年来受到研究者们的广泛关注。随着特征尺度的减小,雷诺数的降低,基于旋翼及固定翼的微型飞行器气动效率逐渐降低,因此,在微型尺度下,模仿小型鸟类及昆虫的扑翼运动从而设计对应的微型扑翼飞行器成为了微型飞行器研究的主流。本文以发展适用于微型扑翼飞行器的驱动传动关键技术为出发点,对微型扑翼飞行器的驱动传动系统进行研究,并制造出了对应的样机进行测试。主要工作包括: (1)基于逆压电效应及智能复合微结构制造技术(Smart Composite Microstructure,SCM),提出了一种批量压电驱动器制造技术,解决了传统压电驱动器制造方法效率低、压电驱动器易断裂的问题。基于平面四杆机构及SCM技术,设计并制造了一种微型柔性传动机构。基于分形理论,设计并制造了一种在扑动过程中能实现柔性扭转的机翼。将上述的驱动器、传动机构及机翼组装成一台基于压电驱动的微型扑翼飞行器样机,该样机翼展为10cm,质量约为0.63g,在系留条件下最高能产生约1m N的升力。 (2)基于压电驱动的微型扑翼飞行器的频率响应问题,建立了关于压电驱动器、传动机构、机翼的动力学模型,解释了在高频率下扑翼幅度大大降低的现象并为基于压电驱动的微型扑翼飞行器设计提供了理论指导。 (3)基于无刷直流电机的驱动特性及Sarrus机构,利用SCM技术及3D打印技术,设计并制造了一套曲柄Sarrus机构,将无刷直流电机的主轴连续转动转换为机翼的扑动动作。最后组装成的微型飞行器翼展为8.4cm,质量约为2.4g,在系留条件下最高能产生11.3mN气动力。

关键词：微型机器人微型扑翼飞行器压电驱动器无刷直流电机

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微型扑翼飞行器的自适应位置跟踪控制器

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信息与控制 2021年第1期50卷 88-94页

作者：常振强金龙李帅张继良兰州大学信息科学与工程学院甘肃兰州730000 高原科学与可持续发展研究院青海西宁810008 谢菲尔德大学电子与电气工程学院英国谢菲尔德S102TN

微型扑翼飞行器是飞行器发展的重要方向,其位置跟踪控制成为该研究面对的首要问题.本文针对微型扑翼飞行器(flapping wing micro aerial vehicle,FWMAV)的位置跟踪控制问题展开研究,提出了一种可以避免控制系统陷入奇异且理论跟踪误差... 详细信息

微型扑翼飞行器是飞行器发展的重要方向,其位置跟踪控制成为该研究面对的首要问题.本文针对微型扑翼飞行器(flapping wing micro aerial vehicle,FWMAV)的位置跟踪控制问题展开研究,提出了一种可以避免控制系统陷入奇异且理论跟踪误差为零的自适应控制器.具体而言,首先提出了零梯度位置跟踪控制器.而后,理论分析表明其在解决FWMAV位置跟踪控制问题时存在局限性,即该控制器总是存在理论位置跟踪误差.为了弥补这一缺点,对零梯度控制器进行改进,提出了一种理论位置跟踪误差为零的自适应控制器,并利用非线性激励函数加快了位置跟踪误差的收敛速度.最后,仿真实验验证了该控制器的优越性.

关键词：微型扑翼飞行器位置跟踪控制自适应控制器

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微型扑翼飞行器的结构设计与制作技术研究

微型扑翼飞行器的结构设计与制作技术研究

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作者：刘志凯北方工业大学

学位级别：硕士

扑翼飞行器独特的飞行机理在小空间飞行领域受到了广泛的关注。其中微型扑翼飞行器因体积小而能够在有限的空间内灵活运动,因此可在人类无法企及的狭缝进行作业;对未知区域进行环境探测等工作。以电机驱动原理简化所得的电磁驱动器在微... 详细信息

扑翼飞行器独特的飞行机理在小空间飞行领域受到了广泛的关注。其中微型扑翼飞行器因体积小而能够在有限的空间内灵活运动,因此可在人类无法企及的狭缝进行作业;对未知区域进行环境探测等工作。以电机驱动原理简化所得的电磁驱动器在微型扑翼飞行器领域有较好的应用前景;新型功能材料驱动的微型扑翼飞行器比传统电机驱动的扑翼飞行器具有显著的优势。本课题提出了一种由线圈与钕铁硼磁铁组成的电磁驱动器驱动的微型双扑翼飞行器。对该微型双扑翼飞行器的结构及工作原理进行介绍,同时介绍了电磁式微型双扑翼飞行器的一体化加工制作工艺流程,包括材料选用、零部件的制作方法及零件组装方法。此外对电磁式微型双扑翼飞行器翅膀的运动学、样机机体的运动学进行了测试。基于电磁式微型双扑翼飞行器的柔性四连杆传动机构提出一种新的柔性连杆传动机构,该柔性连杆传动机构结构简单且效率更高,设计使用两个双晶压电悬臂梁驱动,新的柔性传动机构传动的微型四扑翼飞行器。对该微型四扑翼飞行器的结构及工作原理进行介绍,同时介绍了压电式微型四扑翼飞行器的一体化加工制作工艺流程,包括材料选用、零部件的制作方法及零件组装方法。此外对压电式微型四扑翼飞行器的运动学进行了测试。本课题制作的两种微型扑翼飞行器分别使用了能量密度高、驱动电压合理的双晶压电悬臂梁驱动器和驱动力大、结构简单、带宽高的电磁驱动器。整机使用高强度、低密度的碳纤维复合材料制作刚性部件以降低自身质量,使用了柔性四杆机构及新的柔性连杆传动机构替代传统的旋转传动,避免了滚动摩擦,进一步提高能量效率。制作出的电磁式微型双扑翼飞行器翼展为9.5cm,总质量为1.31g;压电电式微型四扑翼飞行器翼展为7.8cm,总质量为2.58g。最后对电磁式微型双扑翼飞行器和压电式微型四扑翼飞行器进行了测试。使用拍摄设备对电磁式微型双扑翼飞行器翅膀和整机的运动学进行了测试,测试结果表明电磁式微型双扑翼飞行器在3A,10Hz的驱动电流下翅膀摆动角最大,且两个翅膀运行轨迹非常接近,有较好的对称性,同时表明在3A,10Hz的驱动电流下电磁式微型双扑翼飞行器可以短暂的向上飞行,之后会重新回落,根据其整机位移的二阶导算出了在不同空气阻尼下的升力;在压电式微型四扑翼飞行器的测试中先对柔性传动机构进行测试并通过Solid Works简化其柔性铰链建立柔性传动机构模型并进行柔性传动机构输入输出特性测试,测试结果表明柔性传动机构在柔性铰链宽度为0.2mm,厚度为10μm的情况下作为刚性部件的正方体其边长越小输出同样大小摆动角所需的输入位移越小,之后将整个压电式微型四扑翼飞行器固定,使用高速摄像机对压电式微型四扑翼飞行器四个翅膀的运动学进行了测试,测试结果表明该样机的一阶特征率为110V,30Hz时四个翅膀的摆动角最大为40度。

关键词：微型扑翼飞行器电磁驱动器压电驱动器一体化加工制作柔性连杆传动机构

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微型扑翼飞行器诱导角与几何攻角的研究

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半导体光电 2021年第2期42卷 207-211页

作者：许常兵张卫平沈一博牟家旺陈子豪上海交通大学微米纳米加工技术国家级重点实验室上海200240 上海交通大学电子信息与电气工程学院微纳电子学系上海200240

基于准稳态模型和动量理论,探讨了微型扑翼飞行器诱导角和最佳几何攻角的计算问题。针对高斯-牛顿法求解诱导角方程时存在的不收敛问题,使用能保证计算过程收敛的列文伯格-马夸尔特算法求解,得到实验样机的诱导角为15°。实验样机... 详细信息

基于准稳态模型和动量理论,探讨了微型扑翼飞行器诱导角和最佳几何攻角的计算问题。针对高斯-牛顿法求解诱导角方程时存在的不收敛问题,使用能保证计算过程收敛的列文伯格-马夸尔特算法求解,得到实验样机的诱导角为15°。实验样机的实际升力为40g,忽略诱导角后准稳态模型理论升力为46g,而考虑诱导角的理论升力为37g,验证了计算诱导角可以提高准稳态模型预测升力的准确性。基于实验样机翅膀被动扭转的实际,采用最小二乘法计算出实际最佳几何攻角为55°,能有效指导微型飞行器翅膀的设计,从而提高飞行器最大升力和飞行效率。

关键词：微型扑翼飞行器空气动力学列文伯格-马夸尔特算法最佳几何攻角

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微型扑翼飞行器的动态建模与高机动控制

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机器人 2025年第03期 372-382页

作者：刘志杰王文龙张建辉黄海丰贺威梁论飞北京科技大学江淮前沿技术协同创新中心

针对无尾翼的扑翼飞行器的轨迹跟踪问题，提出了一种基于准稳态模型的耦合轨迹跟踪控制器。首先，结合准定常模型和叶素法对飞行器的气动特性进行建模与分析，构建飞行器的准稳态气动力模型。其次，采用四元数描述飞行器的姿态，建立了... 详细信息

针对无尾翼的扑翼飞行器的轨迹跟踪问题，提出了一种基于准稳态模型的耦合轨迹跟踪控制器。首先，结合准定常模型和叶素法对飞行器的气动特性进行建模与分析，构建飞行器的准稳态气动力模型。其次，采用四元数描述飞行器的姿态，建立了扑翼飞行器的耦合动力学模型，以全面反映飞行器的运动特性。在控制器设计阶段，基于未解耦的飞行器动力学模型，引入中间控制量，设计了基于模型的位置―姿态双环耦合控制方案，以实现高精度的轨迹跟踪控制。基于李雅普诺夫理论的分析，证明了所设计的控制系统的全局稳定性。最后，通过仿真与实飞实验对控制器的性能进行验证。在仿真验证与实际飞行测试时，设定样机跟踪螺旋上升轨迹和V字形轨迹。仿真中，样机在跟踪时展现出了快速响应能力，并能保持稳定的姿态；在实际飞行测试中，样机成功完成了螺旋上升轨迹的跟踪，并在6 s内精确执行了V字形轨迹跟踪任务，充分证明了所设计的控制器的有效性。

关键词：微型扑翼飞行器空气动力学四元数理论

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微型扑翼飞行器的位置控制器设计

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兰州大学学报（自然科学版） 2021年第3期57卷 402-408页

作者：金龙常振强齐一萌张嘉政李帅兰州大学信息科学与工程学院兰州730000 高原科学与可持续发展研究院西宁810008

针对微型扑翼飞行器(FWMAV)的位置跟踪控制问题,设计了一种新的FWMAV位置控制器.与传统控制器相比,新型控制器采用梯度算法,有效避免了位置求解过程中时变矩阵的求逆操作,避免了位置跟踪控制系统陷入奇异状态,降低了计算复杂度.仿真结... 详细信息

针对微型扑翼飞行器(FWMAV)的位置跟踪控制问题,设计了一种新的FWMAV位置控制器.与传统控制器相比,新型控制器采用梯度算法,有效避免了位置求解过程中时变矩阵的求逆操作,避免了位置跟踪控制系统陷入奇异状态,降低了计算复杂度.仿真结果表明,在FWMAV位置跟踪控制过程中,基于梯度算法的位置控制器比比例微分控制器具有更好的性能.

关键词：微型扑翼飞行器位置跟踪控制优化控制器

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仿蜂鸟微型扑翼飞行器的建模研究及样机优化设计

仿蜂鸟微型扑翼飞行器的建模研究及样机优化设计

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作者：张致远哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

与固定翼和旋翼飞行方式相比,蜂鸟及昆虫采用的扑翼飞行方式在低雷诺数和空间受限环境下具有高能源效率,宽飞行包线以及高安全性能等优势。微型扑翼飞行器驱动机翼进行高频率大幅度的扑动运动,同时产生飞行所需的升力和推力,因扑翼飞行... 详细信息

与固定翼和旋翼飞行方式相比,蜂鸟及昆虫采用的扑翼飞行方式在低雷诺数和空间受限环境下具有高能源效率,宽飞行包线以及高安全性能等优势。微型扑翼飞行器驱动机翼进行高频率大幅度的扑动运动,同时产生飞行所需的升力和推力,因扑翼飞行的固有特性,飞行器兼具高机动性和稳定性。如何在严格的尺寸、重量以及功耗限制下,利用非定常空气动力学机制以及现有的驱动技术,设计并实现一型能起飞的微型扑翼飞行器是一个挑战。为了深入研究双电机直驱无尾翼方案中各系统参数对样机飞行性能的影响,本课题开展了仿蜂鸟飞行器建模研究和仿真分析,通过优化设计得到一型能起飞的样机。本文首先开展样机的扑动机构设计和理论建模研究。根据蜂鸟和昆虫的结构特点和扑翼飞行方式,样机使用线性且具有弹性的传动机构,由三相无刷直流电机直接驱动机翼的扑动运动,机翼的运动方案结合了被动旋转和对称扑动。基于准稳态空气动力学和刚性翼假设的空气动力学模型,将机翼的旋转运动和扑动运动统一建模,并将带载的无刷直流电机转矩常数视为时变项,建立了一个与实验结果吻合较好的仿蜂鸟飞行器飞行动作数值模型。其次,搭建了样机的计算机仿真系统并开展优化设计。基于所建立的数值模型以及由数据拟合得到的样机质量和转动惯量模型,使用Py Bullet物理引擎实现了对应的计算机仿真。使用遗传优化算法在约束条件下求解得到样机能源效率局部最优且产生的气动升力大于机体重力的系统参数。以该点为工作点,分析系统参数对样机飞行性能的影响,确定仿蜂鸟飞行器的优化设计原则。最后,开展样机的制备和飞行实验。设计、加工并实现了飞行器的机械系统以及控制系统的软件部分和硬件部分。分别搭建飞行器飞行功能测试和飞行性能测量的实验环境,验证了飞行器的起飞能力,并研究了样机功率、扑动频率以及扭簧弹性系数对样机飞行性能的影响,实物结果与仿真实验结果相符。

关键词：蜂鸟仿生设计微型扑翼飞行器计算机仿真优化设计

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面向飞行性能的仿生微型扑翼飞行器优化设计

面向飞行性能的仿生微型扑翼飞行器优化设计

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作者：马兴广电子科技大学

学位级别：硕士

受自然界中飞行生物的启发而研制的仿生微型扑翼微型飞行器拥有类似扑翼生物的高超飞行能力。因其出色的飞行性能和高度的仿生性,仿生微型扑翼飞行器未来在军事、民用等众多领域有着广阔的应用前景,并开始成为国内外研究热点。本文以自... 详细信息

受自然界中飞行生物的启发而研制的仿生微型扑翼微型飞行器拥有类似扑翼生物的高超飞行能力。因其出色的飞行性能和高度的仿生性,仿生微型扑翼飞行器未来在军事、民用等众多领域有着广阔的应用前景,并开始成为国内外研究热点。本文以自主研发的仿生微型扑翼飞行器为研究对象,面向其各项飞行性能的提升,开展了一系列研究,具体研究内容包括以下几方面:首先,在当前研究基础上,设计了具有三尾舵T型尾翼的仿生微型扑翼飞行器,包括其扑翼机构、翅翼和尾翼的设计。此外对该款扑翼样机的气动性能进行了理论分析,对翅翼进行了形态学和运动学描述,并基于叶素理论和准定常方法分析了翅翼气动力,使用传统空气动力学对尾翼气动力进行了分析,进一步采用旋转矩阵得到扑翼样机整机气动力。其次,为测试仿生微型扑翼飞行器的飞行性能,搭建了适用于本研究对象的气动实验平台,包括基于F/T传感器的物理气动实验平台和基于Xflow的仿真气动实验平台的搭建。此外提出了测试仿生微型扑翼飞行器气动特能的实验方法,包括物理与仿真气动实验的实施步骤以及对原始实验数据的处理方法。最后通过物理与仿真气动实验测试了微型扑翼飞行器在多种工况下的气动力与力矩性能。再次,为提升仿生微型扑翼飞行器扑翼升力性能,对扑翼样机的仿生翅翼进行了优化设计。通过正交实验对翅翼各设计参数关于扑翼升力的影响显著性进行了分析,以此确定翅翼优化变量。使用最优拉丁超立方试验设计方法在设计空间进行采样,通过物理气动实验和CFD实验分别获得高低精度的气动响应,进一步采用Cokriging方法构建了翅翼参数及扑翼频率关于扑翼升力的变精度气动代理模型,并通过物理气动实验对模型精度加以验证。最后以扑翼样机在工作频率范围内的平均扑翼升力为目标,基于Cokriging扑翼升力模型建立了翅翼优化数学模型,使用PSO算法进行求解,并实施了对比实验对优化效果进行验证。最后,为提升仿生微型扑翼飞行器的转向性能,对T型尾翼的各尾舵几何参数进行了优化设计。通过正交实验探究了各参数关于扑翼样机气动性能的影响显著性,以此确定尾舵优化变量。通过最优LHD方法和物理气动实验进行抽样和气动响应的获得,进一步采用Kriging方法构建了三种转向模式的气动代理模型。最后以尾舵偏转角度范围内扑翼样机的平均气动升力和力矩为目标,建立了各尾舵的多目标优化数学模型,采用MOPSO算法求解并通过对比实验验证了优化效果。

关键词：微型扑翼飞行器优化设计气动实验气动代理模型飞行性能

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一种微型扑翼飞行器

一种微型扑翼飞行器

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作者：王延庆高强杨丰柳王璐瑶孙文王雲锋郑建树 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3号巷11号

本发明属于扑翼飞行器技术领域，具体涉及一种微型扑翼飞行器，包括扑动机构、姿态调节机构，翅翼、整体框架和控制微型扑翼飞行器飞行的控制器，扑动机构固定在整体框架的顶端，姿态调节机构连接扑动机构的底部且固定在整体框架上，翅... 详细信息

标准号: CN117622485A

本发明属于扑翼飞行器技术领域，具体涉及一种微型扑翼飞行器，包括扑动机构、姿态调节机构，翅翼、整体框架和控制微型扑翼飞行器飞行的控制器，扑动机构固定在整体框架的顶端，姿态调节机构连接扑动机构的底部且固定在整体框架上，翅翼通过扑动机构和姿态调节机构固定；所述扑动机构包括机架、传动结构、变速结构，机架安装在整体框架的顶端，变速结构固定在机架的上表面，传动结构连接变速结构且固定在机架的下表面；所述翅翼包括两前缘杆、多个翅脉、翼膜和两翼根轴；本飞行器合理设计了微型扑翼飞行器整体架构，其重心近似位于平均气动力中心，来自重力的水平和垂直力臂几乎为零，减少寄生力矩，因此具有飞行姿态平稳，飞行时间长等优点。

关键词：扑动机构整体框架微型扑翼飞行器姿态调节机构变速传动结构扑翼飞行器气动力中心垂直力臂飞行姿态机架安装寄生力矩整体架构控制器前缘杆上表面下表面飞行飞行器翼膜近似两翼重心

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