多旋翼无人机云台动力学特性分析及减振控制研究

多旋翼无人机云台动力学特性分析及减振控制研究多旋翼无人机是一种能够垂直起降的无人直升机,随着多旋翼无人机在不同行业不同领域应用的越来越广泛,也伴随着越来越多的问题的出现,在不同行业不同领域出现各自不同的问题需要去解决。为了无人机能够更好的服务于上述的各项应用,无人机需要一个稳定的可以挂载各种类型的拍摄设备或者其他设备的云台系统。对减振云台进行建模,分别对云台结构中的复合材料碳纤维板、三轴陀螺仪结构与橡胶减振球进行建模。应用ANSYS Workbench复合材料仿真模块ACP(ANSYS Composite PrepPost)对减振云台的复合材料碳纤维板进行建模。

应用Solidworks质量属性模块计算三轴陀螺仪结构的重心、质量和转动惯量。通过应用2参数Mooney-Rivlin超弹体模型对橡胶减振球进行建模。最终实现对整个减振云台的建模。之后对减振云台整体结构进行静力学分析,并对碳纤维板材进行失效分析。

对减振云台结构进行了动力学分析,应用ANSYS Workbench对减振云台进行模态分析与谐波响应分析,模态分析确定减振云台的前20阶固有频率与振型图,以及每一阶固有频率下产生最大位移的节点位置。通过谐波响应分析上述节点得到频响图,并确定上述节点对应最大幅值以及对应的频率。对三种硬度橡胶减振球,应用两种布局进行同样的分析并做结果对比。最后多旋翼无人机进行实际振动测试,得到无人机机身三个方向的振动信号,并将得到的三个方向的加速度频谱作为激励加载在减振云台仿真模型上,对减振云台进行响应谱分析。

采用数值模拟的方法对多旋翼无人机的减振云台进行建模与仿真,从静力学的角度对减振云台的结构强度进行了校核,并对减振云台进行了一系列的动力学分析,对于应用不同硬度使用不同布局的橡胶减振球进行了对比分析。虽然数值模拟较为理想性,相对实验的方式缺少说服力,但也足以定性的说明一些问题,对多旋翼无人机减振云台进一步设计研制具有一定的工程意义。