直升机技术论文精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇直升机技术论文范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

高昂的成本

2012年伊始，一名外籍男孩在张家口意外摔伤，首航直升机公司派出一架“小松鼠”直升机将其紧急转运至北京。直升机只飞行了不到40分钟便将男孩送至医院，如果乘坐地面交通，从张家口到北京即便不堵车也需要3个小时。北京999急救中心副院长田振彪说：“地面运输转运急救病人的风险是空中转运的8倍。直升机急救能在30分钟的黄金抢救期让病人得到救治，更能避免转运途中加重病情。”

这件事如果讨论到此为止，可谓是一件喜事，普通大众今后在偏远地区或医疗欠发达地区生病后，就医将不再是棘手的难题。不过且慢，不为人知的是，这次转运的代价是每小时3万元人民币的转运费用。如此高昂的飞行成本对于我国大多数工薪阶层来说，可谓望尘莫及。这也不难理解为何我国城市民用直升机的发展如此缓慢，没有消费，谈何发展?

虽然目前已有保险公司涉足空中急救保险，但在这类保险普及之前，空中医疗救援仍然只是少数人专享的“特权”。况且，即便空中急救保险已经普及，也并非所有的急救病人都能动用直升机。

自身的短板

这部分所涉及的问题其实正是整个通用航空领域面临的几大难题：空域受限、缺乏机场及起降点、油料供给匮乏、配套设施薄弱、常年低位徘徊造成的行业整体人才和技术储备赢弱、税收和财政补贴滞后等。除去这些行业的共性问题外，直升机在城市中发展面临的自身遗留问题还包括市政规划欠缺、军民不分等问题。

谈及城市规划之前，让我们先来看看巴西最大的经济城市、世界上直升机最多的城市——圣保罗。每到周末，至少有250架直升机从圣保罗飞往附近的海滩和公园度假。圣保罗市中有一座可起降120架直升机的大型直升机机场，此外，圣保罗的直升机平台遍地开花，平均每三座商业建筑中就有一座建有屋顶直升机平台，由于大多数高层建筑的屋顶都有直升机平台，因此很难统计出直升机平台在这座城市中的准确数量。

再看我国，直升机平台的数量同样无法准确统计，但是无法统计的原因并不是数量太多，而是数量太少且缺乏管理。直升机停机坪作为直升机在城市应用中的基础保障设施，城市管理部门或政府相关部门应采取积极措施加以规划筹措。然而，我国目前在这一领域仍属空白。记者从北京市城市规划设计研究院了解到，目前尚无任何涉及直升机停机坪的市政规划，在整个规划行业的期刊论文库中，相关内容几乎为零。仅有几篇关于直升机停机坪的论文还都停留在建筑设计层面。一言以蔽之，目前的城市规划既没有考虑过生产性的飞行需求，也没有针对直升机起落和通航需要的配套设施进行规划。

另一方面，由于我国航空的发展始于军用，因此我国航空产业和军事自始自终都紧密地联系在一起。我国自主生产的固定翼飞机和直升机都以军用为主，虽然现在已经有了以AC系列为代表的一批民用直升机型，但是距离西方国家的民用航空产品仍有不小的差距。在西方，民用直升机的数量是占据主导地位的。全球目前共拥有军民用直升机6万多架，其中民用直升机约3.4万余架，占总数的57％。而且，西方直升机制造商大都可以根据客户的要求，改装或定制机型，国内的制造商目前还达不到这一水平。此外，在空域管理，保障体系等方面我国目前都刻有深深的军事烙印。

中国的经济正处在高速发展之中，保险、基金业也日趋繁荣，可以肯定的是，阻碍我国城市直升机发展的经济藩篱很快就会去除，如何解决行业自身的遗留问题才是未来发展的重中之重。

时机未到

直升机参与到城市发展建设中的益处颇多，普通百姓也能坐享其成，这自然是好事。因此，不难理解从专家学者到群众百姓都在热切盼望直升机飞进城市，促进城市经济发展建设。

然而，新生事物总归是要经历一段发展过程的。在我国，从第一架国产直升机起飞到今天不过短短的54年，而城市化的全面推进更是1992～2000的事，到今天不过20年。再看直升机与城市发展结合最好的德国，德国著名的女飞行员汉纳·赖奇早在1937年就在柏林试飞了早期直升机，而德国的城市化更早在19世纪下半叶便已发生。

篇(2)

【关键词】ARM处理器 探测器 控制系统

1 概述

四旋翼飞行器也称为四旋翼直升机，是一种有4个螺旋桨且螺旋桨呈十字形交叉的飞行器。四旋翼直升机，在国外又称Quadrotor，4 rotors helicopter，Four-rotor，X4-flyer等等，是一种四个螺旋桨呈十字形交叉结构并且具有四个螺旋桨的飞行器，相对的四旋翼分两组，两组的旋转方向不同，具有相同的旋转方向。与传统的直升机不同，四旋翼直升机通过改变螺旋桨的速度来实现各种动作（目前，也出现更加好的控制方式比改变电机转速更灵活方便，可以改变螺距的四旋翼飞行器）。在大学里，我们对四旋翼直升机感兴趣的大学生将数学算法运用到机器当中，创造出了极富智能的四旋翼直升机， 旋翼式飞行器因其起飞和降落所需空间较少，在障碍物密集环境下的操控性较高，以及飞行器姿态保持能力较强的优点，在民用和军事领域都有广泛的应用前景。其中，小型四旋翼飞行器是一种外形新颖，性能卓越的垂直起降旋翼式飞行器。对其的研究近年来日趋成熟，并为自动控制，先进传感技术以及计算机科学等诸多技术领域的融合研究提供了一个平台。因此小型四旋翼飞行器控制系统具有很高的研究价值。

本设计以飞思卡尔公司的16位单片机MC9S12XS128为控制核心，利用陀螺仪传感器（ENC-03）、加速度传感器（MMA7260）来检测飞行器空中姿态，并利用NRF905射频模块来传送控制数据。考虑到四旋翼飞行器飞行效率，控制系统使用无刷直流电机作为飞行器的执行机构，同时针对无刷直流电机设计了相应的电子调速器；控制策略采用的是经典的PID算法，姿态检测部分利用陀螺仪和加速度传感器配合并通过软件算法来实现。们的飞行器控制系统为达到有效控制欠驱动的四旋翼飞行器，建立一个以ARM处理器为核心，以AVR处理器为辅助的控制平台。针对四旋翼飞行器需要获得飞行器的姿态和位置信号控制要求，本文采用惯性测量装置和位置传感器分别对姿态和位置测量。论文从系统的实现原理、机械结构的设计、硬件系统设计、软件系统设计、视频传输系统等几方面详细的论述了四旋翼飞行器的制作过程和制作方法。并对四旋翼飞行器的研究现状和应用做了简单的阐述。最后通过建立的实验平台的综合实验，验证了本文提出的方法的可行性和有效性，另外四旋翼飞行器在设计的PID控制器基础上实现了稳定的飞行。

我们的飞行器控制系统为达到有效控制欠驱动的四旋翼飞行器，建立一个以ARM处理器为核心，以AVR处理器为辅助的控制平台。考虑到四旋翼飞行器飞行效率，本文针对无刷直流电机设计了相应的电子调速器，使用无刷直流电机作为飞行器的执行机构。同时，针对四旋翼飞行器需要获得飞行器的姿态和位置信号控制要求，本文采用惯性测量装置和位置传感器分别对姿态和位置测量。项目围绕飞行器控制系统开发展开，在ARM9飞行器控制板上根据四旋翼飞行器的结构形式，研究出空中姿态的控制方法，采用动力学分析飞行器原理。经系统调试及飞行测试，证明开发的算法可行及开发的控制系统有优秀的控制能力。通过C及C++编写针对四旋翼飞行器的飞行姿态控制的上位机算法及软件，来查看飞行器飞行状态，以便控制并多次调试控制，多次运行及模拟；飞行器可以快速飞行，飞行器可以达到我们预期的飞行距离，遥控控制飞行方向，在空中可以勘测飞行路线，甚至飞行过程中可以进行抓拍勘测及通过基于zigbee的数字通信，快速组网，甚至实现GPS及图像等数据的传输，通过中继扩大通信范围等后期发展功能。在项目后期的试飞中完成了项目预订的要求并体现出良好的隐蔽性及在复杂环境下完成任务的能力。

2 本次研究的特色

（1）采用arm处理器对视频进行采集，并且利用WIFI技术进行传输。最后在博创S3C2410开发箱上进行显示。

（2）具体说明了自主研制的四旋翼飞行器机械结构的设计方法和主要机械结构部件的安装。

（3）控制算法是四旋翼飞行器的灵魂部分，本文采用陀螺仪数据和加速度传感器数据相互融合的方式，尝试用简单的算法去解决四旋翼飞行器控制系统的控制问题。经过调试证明所采用的算法可以满足四旋翼飞行器控制系统的要求。

（4）根据四旋翼飞行器的结构形式，采用动力学原理分析了四旋翼飞行器的实现原理和空中姿态的控制方法。

3 结论

本次设计主要围绕自主研制的小型四旋翼飞行器控制系统展开。阐述了小型四旋翼飞行器实现原理分析，机械结构设计，硬件电路设计，软件算法设计，系统调试，视频传输等六大部分。通过实物的试飞调试表明，我们研制的小型四旋翼飞行器已达到了稳定飞行的状态，并且可以进行视频的采集。如前所叙述的那样，VTOL（垂直起降）系统a有着能够完成对其他飞行器来说非常困难的或者不可能执行的任务的特性（由于其良好的起飞降落性能以及能够完成各种高难度飞行姿态的能力）。但是四旋翼系统自身是一个不稳定系统，极小的干扰（如风力等）均可使其失去控制直致坠毁。本文中是通过多个传感器（陀螺仪）随时的测量机身的各个运动学参量，然后经过微型数字信号处理器（arm7）的处理运算来输出信号调整电机转速从而调整直升机的飞行姿态，使其保持平衡或者以某一姿态进行运动的。

经系统调试及飞行测试，证明开发的算法可行及开发的控制系统有优秀的控制能力。通过C及C++编写针对四旋翼飞行器的飞行姿态控制的上位机算法及软件，来查看飞行器飞行状态，以便控制并多次调试控制，多次运行及模拟；飞行器可以快速飞行，飞行器可以达到我们预期的飞行距离，遥控控制飞行方向，在空中可以勘测飞行路线，甚至飞行过程中可以进行抓拍勘测及通过基于zigbee的数字通信，快速组网，甚至实现GPS及图像等数据的传输，通过中继扩大通信范围等后期发展功能。在项目后期的试飞中完成了项目预订的要求并体现出良好的隐蔽性及在复杂环境下完成任务的能力。

（通讯作者：吴筱浏）

篇(3)

做好高层建筑防火安全，需要注意两个关键因素：①高效便捷的消防设计系统和消防构造，并符合实际建筑物的特点，对建筑及居民的消防安全具有重要的保护作用；②足够数量的灭火器材，出现火灾事故时提取方便。这两种因素也可以概括成基础和应用，只有将二者有机地结合在一起，才能达到建筑工程所预期的消防效果，从而确保高层建筑的消防和人们的生命财产安全。

1、屋顶消防系统工程设计

1.1 直升机停机坪设计

直升机停机坪是高层建筑空中营救渠道，其设计不仅可以提高高层住宅建筑的整体美观性和档次性，同时还可以为火灾逃难人员拓展逃生通道。停机坪一般设计在屋顶俯视图截面中心位置，平衡楼顶受力，在实际设计中，可以通过ANSYS 软件解析屋顶实际受力情况，明确结构支持力位置，停机坪要根据设计规定要与避雷针等建筑物机房保持至少5m 的距离。环绕停机坪设置4 个消防水泵灭火系统和SOS救援箱，其中灭火系统中的水炮出水量要高于500L/min，以实现10min 内高层建筑灭火要求，利用计算机远程技术将水炮与高层住宅建筑消防中心连接，实现对水炮消防设备的远程控制。在直升机停机坪施工中，要选择防火涂料防止火势进入停机坪范围，选择40mm 厚的混凝土，在屋顶结构称重范围内，可将混凝土升级到100mm 后，以提高屋顶防火性。

1.2 高位消防水箱设计

在高位消防水箱设计中，水箱管路要保证其独立性，主管和支管外置，以防止楼板间管路孔洞发生蹿火现象，节省不必要的孔洞封堵工序。在高层住宅建筑发生火灾时，由于水箱本身具有极强的吸热性，在火势大到一定程度时，屋顶消防水箱可起到抑制火势的作用。消防水箱附近的温度一般不会太高，在夏季可起到隔热作用。在水箱顶部要设计斜顶，以达到防积雪的作用，同时设置外保温层避免冬季结冰。高位消防水箱的位置要顺风势迎风设置，高位消防水箱周围增设手动消火栓，为避难人员提供避难空间，消火栓可与高位消防水箱连接，为消火栓提供必要水源。在设计高位消防水箱时，动压静压与储水量要符合工程质量标准，静水压力要保证报警阀门开关正常，动水压力促发阀门运作后满足全楼动力供应，其储水量要保持10min 拟定喷水强度中水量要求，其静水压力控制在785×103Pa，水柱高为82m，保证消防给水部件的完整度。为降低高位消防水箱内部压力，在低层消防栓中可添设铜制减压孔板，以降低内部压强，进而保证高层住宅建筑屋顶高位消防水箱设计的科学性和合理性。

2、高层住宅建筑主体消防系统设计

2.1 消防电梯设计

在高层住宅建筑设计的过程中，设置消防电梯主要用于火灾安全疏散，消防电梯直接通向地下停车场全层，若地下发生火灾，身处于地下停车场的住户可以通过消防电梯离开火场，有效提高高层住宅建筑的火灾救援程度。在日常生活中，消防电梯可以设置为残疾人电梯，以提高建筑竖向交通能力。消防电梯数量设置要根据高层住宅建筑实际面积确定，每个消防分区要保证至少1 个消防电梯，1500m2 以内的建筑面积设置1 个消防电梯，1500 ～ 4500m2 以内建筑面积设置2 个消防电梯，高于4500m2建筑面积设置3 个消防电梯。在前室面积方面，根据高层住宅建筑特点和每层建筑面积而定，一般住宅建筑前室面积控制在4.5m2，若消防电梯与防烟楼梯合用前室时，或者在消防电梯与客梯合用前室的情况下，由于前室人流量大，人员停留较多，要适当增加面积，其面积可达到6 ～ 10m2。

2.2 自动报警系统设计

高层住宅建筑自动报警系统包含集中报警器、探测器以及区域报警器等部分构成，建筑首层消防车道位置要建立消防控制中心，其内部涉及到人工报警电话、报话机以及报警按钮，以构成建筑火灾报警系统联动机制。在进行探测器安装设计的过程中，工作指示灯要面朝工作人员的方向设置，以便于工作人员的观察和检测，及时了解探测器的工作状态。在自动报警器施工过程中，要在建筑地面工程竣工后进行施工布线。布管时要先清洁管内与线槽内，以避免积水杂物影响线路的绝缘性；导线通常情况下要采取暗敷设的方式，若由于工程需要进行明敷设时，工作人员则要将导线封闭在金属线槽内，并在线槽外部涂抹防火涂料，以保证导线的安全性，提高自动报警系统的有效性。安装完成后，工作人员要对自动报警系统进行调试，感烟器加烟试验，将烟枪接触探头，观察探头是否启动报警装置，若启动报警后观察报警信号，核查探头位置。

2.3 阳台和防火隔离带设计

在高层住宅建筑发生火灾时，玻璃幕墙缝隙很容易导致火灾竖向蔓延。采用新型防火幕墙玻璃，在发生火灾爆炸时，其碎玻璃会粘在防火胶片上，尽量维持玻璃原状。若在建筑施工中没有设置玻璃幕墙，可设置1m 阳台，与防火隔离带有效搭配，以达到高层住宅建筑消防功能。在进行阳台与防火隔离带设计中，阳台底部钢筋厚度为1cm 时，其阳台耐火极限为0.9h；将其钢筋厚度提升至2cm 时，耐火极限为1.25h；当阳台底部钢筋厚度达到3cm 时，耐火极限为1.5h，而耐火极限1.5h 则为耐火等级建筑的耐火极限要求。阳台属于选调结构，其底部钢筋最薄也可以达到6cm 左右，因此其耐火极限会比标准值1.5h 要高。通过以上分析，在进行高层住宅建筑消防系统设计时，可在窗口外部设置1m 阳台板，采用非水平上扬的设计方式，同时在外墙设置隔离带，以实现火势垂直蔓延的阻碍。把防火隔离带与阳台搭配，视作分支子系统合并使用。防火隔离带水平长度需环绕整层；垂直方向设置于建筑每层窗户之间间隔空隙，高度尽量充满窗间距，每层的下窗顶部增设宽度至少70cm 的混凝土水平挑檐板。[本文转自WWw.dYLw. nEt 医学论文]

篇(4)

李翔，男，汉族，1984年10月入伍，党员，技术六级、研究生学历、新华社记者、中国摄影家协会会员、新疆摄影家协会副主席、新疆新闻摄影家协会副主席、国家地理签约摄影师。

2009年以来，足迹踏遍了新疆军区所有的边防连队，在全国及各省市报刊杂志等媒体发表作品20 000余幅，其中150余幅作品曾在全军、全国组织的摄影比赛中获奖，连续9年被《中国报》《画报》聘请为优秀特约记者，从1999年开始，利用直升机抢险救灾、边防巡逻等一切机会，先后参加抗灾救灾、空地搜救等活动三十余次。在航拍新疆的过程中，乘机1 460余架次，在空中航拍达2 600多个小时，拍摄逾56万张图片，飞遍了新疆的大漠、雪山、河流，其中56趟上阿里，46趟上帕米尔高原，被业内人士授予“航拍新疆第一人”“新闻快”“救灾专业户”和“高原野牦牛”的赞誉。在军地及全军、全国摄影交流中发挥着主要作用。

获奖目录：

《空地生命大救援》获2010全国摄影艺术展览记录类金质收藏作品，网络人气最高作品，人民摄影2010年度“金镜头”中国新闻摄影作品铜奖

《五星红旗飘扬在异国天空》获2010年度中国新闻摄影年赛银奖。玉树地震后被中国文联和中国摄影家协会授予“抗震救灾百名摄影家”

《科学发展的壮美画卷》获

2011年全国画报论文专题综合奖一等奖

《生命至上》获2012第24届全国摄影艺术展览铜质收藏作品

《新疆昆仑山区空地生命大救援创历史之最》获

2013中国军网摄影大赛年度一等奖

《昆仑女神》获第25届全国摄影艺术展览铜质收藏作品

马庆中摄影作品选

马庆中，男，汉族，现年60岁。中国民俗摄影协会会士，新疆摄影家协会会员，乌鲁木齐市摄影家协会理事，乌鲁木齐职工摄影协会常务副主席，新疆老年摄影家学会理事。

篇(5)

巨型斜交网格；节点拉板；控制点；基准点；

【中图分类号】TU973+.13文献标识码：B文章编号：1673-8500（2013）04-0026-02

1工程概况

广州珠江新城西塔位于珠江大道西，地面以上103层，高432m，其中1-3层为大厅，4-67层为办公室，67以上为高级酒店及客房，最高处设有直升机平台，结构体系为斜交网格柱外筒+内框架加斜撑结构。

该工程平面为中心对称的圆角等边三角形，立面为中间大上下小的纺锤形，外框筒采用大直径厚壁钢管斜交网格结构，内灌混凝土，钢管直径从1800×50mm变化到700×20mm。外框筒斜交网格节点区域左右相邻钢管通过与拉板相贯实现左右连接，拉板厚度由100mm变化到30mm，上下相邻钢管则通过与环板相贯实现上下连接，形成由节点和钢管柱组成的斜交网格。

该工程结合其结构的复杂特点，使用C++计算机语言和由AutoCAD提供的二次开发软件包（即ObjectARX）作为开发工具，在普通PC机硬件平台上开发了西塔钢结构深化设计专用软件。

2节点拉板定位原则优化

3管口控制点定位原则优化

根据圆管节点和钢管柱的构造特性，确定即满足工厂加工制作需要、同时又能指导现场安装需求的控制点显得尤其重要。

由于部分节点圆管间夹角较小，为避开耳板相互碰撞同时考虑运输超宽的制约因素，确定管口控制点的定位原则是：节点同标高圆钢管中心线组成平面与管点沿管口平面旋转45°确定两个控制点，该两个控制点连线沿管口平面经圆心作垂线确定另外两个管口控制点；管口按相对坐标系在工厂组装平台放置后，管口最外边缘确定两个基准点，该两个基准点连线沿管口平面经圆心作垂线确定另外两个管口基准点。

4圆管分段原则优化

该工程外筒节点按沿节点竖向特定标高进行分段的，即存在节点双环与钢管分段位置相碰撞的情况，针对碰撞的具体情况可采取不一样的处理方案，但以节点圆管竖向高度不能降低为原则：

（1）钢管分段位置位于节点双环外侧，此节点类型只需保证管口耳板与双环板不相碰撞即可；

（2）钢管分段位置正好处于双环节点内，此节点类型则需将双环节点分为四部分，该四部分作为零散构件运至现场高空组对连接。

5环板分块原则优化

6结语

在广州珠江新城西塔钢结构深化设计工作中，充分结合钢构件的结构特点及工厂加工制作的工艺要求，运用现代科技实现复杂钢结构工程深化设计智能化，通过参数设置可调整项目实施过程中的板件碰撞问题，突破了传统钢构件加工制作工艺的定位思路，缩短了钢结构深化设计的时间周期。该工程深化设计专用软件系统为利用CAD软件二次开发功能开发满足特殊需要的专用深化设计软件，对硬件系统要求不高，适应性广，操作性强，是钢结构行业中的一个丰硕成果，为以后类似工程的专用软件开发起到很好的借鉴作用。

参考文献

[1]钢结构设计规范（GB50017-2003）[S].北京：中国计划出版社，2003.

[2]建筑钢结构焊接技术规程（JGJ81-2002）[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.

篇(6)

【关键词】四旋翼飞行器;模型;PID控制;MATLAB仿真

1.引言

四旋翼飞行器是一种体型较小、无人驾驶，能够在空中实现自主飞行并能完成一些既定动作及任务的飞行器，近年来四旋翼飞行器越来越受到国际的关注。国际上已将四旋翼飞行器应用在军用、民用等领域，都取得了不错的成就，但是国内的研究相对较少，仍处于起步阶段【1】。

研究四旋翼飞行器的首要任务就是研究它是如何飞行的，即进行动力学分析。首先研究飞行器在空中如何受力飞行，如何根据电机转速来控制飞行姿态。将飞行器在空中的几种飞行姿态分析清楚这是研究四旋翼飞行器的首要任务。为了实现对四旋翼飞行器的有效控制，必须在准确建立了各种飞行状态下的数学模型的基础上。论文对飞行控制算法进行了详细的研究，分析和设计了角度和位置系统PID控制算法【2】，最后通过MATLAB仿真验证PID控制算法的可行性。

2.飞行器动力学分析及建模

2.1 坐标系的建立。四旋翼飞行器飞行参数必须在坐标系下才能进行描述。对行器来说常用的坐标系有大地坐标系和机体坐标系。四旋翼飞行器的飞行参数主要是用来控制飞行器的稳定飞行工作，因此选取适当的坐标系可以对此研究有很大的帮助。机体坐标系是用来描述飞行器的飞行姿态的，而大地坐标系是用来描述飞行器在飞行环境中的位置【3】。

2.2 飞行器飞行状态。四旋翼飞行器在飞行空间中有6个自由度，飞行器的飞行运动表现为上升或下降、空中悬停、滚转、俯仰、偏航这五种运动形式【4】。（1）上升或下降：要想实现四旋翼飞行器在垂直方向上的上升即同时增加四个电机的转速即可。当电机的转速增加时，旋翼的转速随之增加，这样飞行器的升力将大于重力即为F>mg，这样飞行器就可以垂直上升了。（2）悬停状态：升力等于重力F=mg时，飞行器在空中保持平衡，静止在某一高度。（3）滚转状态：机身的左旋翼转速增加，同时右旋翼的转速减小，其余旋翼的转速保持不变，这样机身将沿X轴方向倾斜，产生的倾斜角即为滚转角。（4）俯仰状态：机身的前旋翼的转速增加，或者后旋翼的转速减小，其余旋翼的转速保持不变，这样机身将沿Y轴方向倾斜，产生的倾斜角即为俯仰角。（5）偏航状态：当四旋翼飞行器的前后电机转速同时增加，左右两个电机转速同时减小时，飞行器就处于偏航状态。

2.3 四旋翼飞行器的建模。在一般情况下，控制器的分析和设计都需要将实际的系统先抽象成数学模型，先在理论上对模型进行研究和设计。用一些能够尽量简单而全面的表达式来体现实际系统的各项性能，我们将在这个系统上面对控制器进行设计和分析。四旋翼飞行器的建模工作主要分为两个部分，第一部分是飞行器的力学建模，第二部分是飞行器的运动学建模。

（1）飞行器力学建模【5】。四旋翼飞行器的力学建模主要是对旋翼、电机和机体结构进行建模。旋翼受到的拉力为F=Kω2。电机属于无刷电机，本文研究的是KV900的无刷电机，即电压每升高1V，转速增加900转。机体构架建模应用四旋翼飞行器机体转动惯量的计算方法，飞行器绕X、Y轴转动的转动惯量为：

（2.1）

绕Z轴转动的转动惯量为：

（2.2）

（2）飞行器的运动学建模【6】

由牛顿第二定律可知，在大地坐标系下X，Y，Z三个方向上的直线运动方程为：

（2.3）

分别为三个方向上的加速度，K1、K2、K3分别为三个方向的空气阻力系数，分别为三个方向上的速度，Fx、Fy、Fz分别为三个方向所受到的升力，m为四旋翼飞行器的重量。假设以下控制量方程：

（2.4）

u1代表Z轴方向线运动的控制量，u2代表滚转角与X轴方向线运动的控制量，u3代表俯仰角与Y轴方向线运动的控制量，u4代表偏航角的控制量。忽略空气阻力，并将模型进行化简后得到的非线性模型为：

（2.5）

最后将模型线性化处理，并进行化简计算得到角度的传递函数为：，位置的传递函数为：。

3.控制算法仿真

目前世界上针对四旋翼飞行器项目姿态稳定控制大部分都采用PID控制器。因此采用比较成熟PID控制方法作为本文的控制算法【7】。PID控制器是经典控制理论中最具有代表性的控制算法，它在实际工程应用中的有效性不可置疑。PID控制器包括了三个部分：比例、积分和微分。这三部分对系统的输入和输出的误差作比例、积分和微分运算，并将三项结果求和输入给被控对象实现对系统的控制。

3.1 普通PID控制算法仿真。PID控制算法可表示为：

（3.1）

e（k）为第k次采样偏差，其中Tx为采样时间。角度控制系统是飞行控制系统的基础，只有进行角度的控制，飞行器才能稳定飞行，在MATLAB中的Simulink搭建控制系统，角度控制器PID参数为kp=2、ki=0.9、kd=1。角度控制器系统仿真如图3.1所示。位置控制是在角度控制稳定的基础上实现的，因此角度控制作为内环，位置控制器中的角度PID参数为kp=90、ki=11.4、kd=11，位置PID参数为kp=10、ki=1.2、kd=60。位置控制器系统仿真如图3.2所示。

3.2 积分分离PID控制算法仿真。积分分离控制算法的基本思路是：当被控量与设定值偏差较大时，取消积分作用，以避免积分作用使系统的稳定性降低、超调量增大;当被控量接近给定值时，引入积分控制，以便消除静差，提高控制精度。

用MATLAB软件进行仿真，角度控制器中角度PD控制器参数为：kp=90、kd=11，PID控制器参数为：kp=90、ki=11.4、kd=11;位移控制器中PD控制器参数为：kp=10、kd=60，PID控制器参数为：kp=10、ki=1.2、kd=60。如图3.3、3.4所示。

普通PID位置控制系统与积分分离PID位置控制系统相比较后，我们可以看出，积分分离后的系统比普通系统更快的达到平衡稳定状态，因此积分分离PID控制算法可以实现。

4.结论

本文先是对四旋翼飞行器进行了动力学分析，分析了飞行器的受力情况和飞行器的五种飞行状态。在此基础上完成了飞行器的力学建模和运动学建模，得到了飞行器的非线性模型。接着分析研究了采用PID控制算法进行角度和位置控制，还研究了积分分离的PID控制算法。最后搭建了MATLAB/simulink仿真平台，验证了PID控制效果。

在后续的研究中，将深入讨论空气动力学问题，建立更为精确的模型使之与实际环境更接近。同时在MATLAB/Simulink建立的控制系统中加入智能控制模块，使四旋翼飞行器的角度控制更快速，更精确，更稳定。

参考文献

[1]Paul G.Fahlstrom， Thomas J.Gleason.无人机系统导论[M].北京：电子工业出版社.2003.

[2]刘丽丽.四旋翼飞行仿真器的建模及控制方法的研究[D].中南大学，2009.

[3]聂博文.微小型四旋翼无人直升机建模及控制方法研究[D].国防科技大学，2006.

[4]王淑芬.无人机发展的情报研究[J].飞航导弹，1998，10：31-42.

[5]周建军，陈趋，崔友金.无人直升机的发展及其军事应用[J].航空科学技术，2003，1：38-40.

[6]Bouabdallah S，Murrieri P，Siegwart P.Design and Control of an Indoor Micro Quadrotor[J].IEEE，2005.

[7]岳基隆，张庆杰，朱华勇.微小型四旋无人机研究进展及关键技术浅析[J].屯光勾控制，2010，17（10）：46-52.

作者简介

第一作者：蒋钰，1990年生，女，汉族，2014年获西南石油大学自动化学士学位，现在西南石油大学控制工程专业攻读硕士学位。研究方向是检测技术与自动化仪表。

篇(7)

对达・芬奇而言，人的最高感官是视觉，因其具有准确传递的功能。他由此形成“知视”的哲学。

达・芬奇生于1452年，是塞尔・皮埃罗―意大利佛罗伦萨一位成功律师兼地主的私生子。他母亲是出身在佛罗伦萨的农户。达・芬奇在其父位于恩波利附近的芬奇老宅里长大成人，得到正宗嫡子的待遇，并接受了阅读、写作和算数方面的教育。后来，他又研修了拉丁文、高等数学和几何学。

年近16岁的时候，他的父亲让他师从维罗齐奥，在那里他学到了绘画、雕塑和机械技艺。就在这段时间，他应该遇到过郇山隐修会的另一位大师―波提切利，因为后者是维罗齐奥同期收纳的学生。可能也在那时，他从邻街的画室里学会了解剖。他在佛罗伦萨独立工作到1481年，许多作品都完成于这个时期，包括那幅《麦琪的礼拜》。

1482年，他投效鲁多维科・斯福扎，即绰号“摩尔人鲁多维科”的米兰公爵。在那里，他的宫廷职衔是“公爵的画师和工程师”。斯福扎的挚友是雷尼・德安茹―又一位郇山隐修会的大师。达・芬奇在那里度过了17个年头，直到鲁多维科跌下权位。在作画、雕塑和设计布置宫廷筵宴之外，他还是建筑、要塞和军事项目的技术顾问，甚至做过水利和机械工程师。正是在这段时间，他最充分地发展了自己包罗万象的天才。

这一期间，他完成了七幅油画，包括丹・布朗提到的《岩间圣母》。这是一幅祭坛画，展示于米兰的圣弗朗西斯柯大教堂。画在圣玛利亚修道院墙上的辉煌之作《最后的晚餐》，也是这一时期画的。

此后，达・芬奇开始发展他的“画学”理念。他认定，画家利用他们卓越超凡的视觉功能，是生动传承知识的完美中介。想要理解《达・芬奇密码》中达・芬奇的角色，这是特别关键的一点。达・芬奇不仅仅是创作了一幅漂亮壁画《最后的晚餐》，而且用他的方法向我们讲述了某桩重大无比的事件，经过数百年传到我们手中，任何能拿到他密码的人都会知晓画中的真义。在文图并用的情形下，他将优先使用图画。图画不用来表达文意，而文字的功用只是解释图画。

1490～1495年间，他撰写了有关绘画与建筑的论文，以及机械基础与人体解剖方面的书籍。他还继续在各种科学领域进行研究。所做的每件事情，他都有详细的文字和图绘记录，积累下的成千上万页笔记中有许多留存至今。

因为惯用左手，“倒写”对他来说并非太难。他的文本读起来却不容易，加上拼写错误和缩写显得更难。他的注解亦未始终遵循逻辑顺序。他工作时使用“倒写”，但与别人的往来信件表明，他的常规书写也很流畅。达・芬奇的主要传记作家塞尔基・布兰雷查阅过他遗留下来的全部手稿，认定他双手、双向均能书写。

即使不成原因，也是其后果之一―左手写字的人，“倒写”不会造成墨迹玷污。当然他可能有意密写，不想让别人窃知他的心意。除了保密的原因，这或许出自他对基督教不同凡响的观念。正如丹・布朗所述，达・芬奇时代的左撇子使人联想到“左道”和邪魔势力。因此，左撇子在世人眼中遭到怀疑；想想当年，像达・芬奇这样公开此事的人应属罕见。他写作是为了发表，在一幅解剖素描图的边角，他曾留言要他的追随者们保证他的著作都能够付印刊行。

1500年初，达・芬奇离开米兰，经威尼斯回到佛罗伦萨。那里的城邦议会向他咨询，如何防御土耳其即将向弗留利发动的攻击。达・芬奇建议水淹这个地区。回到佛罗伦萨，他开始绘制《圣安娜陪伴的圣母子》和《拿线轴的圣母》的草图。1503年达・芬奇离开佛罗伦萨，前往瓦伦提诺公爵西塞里・波基亚的麾下效力。这位王公是教皇亚历山大六世的嫡亲骨血，在当时最令臣民震畏。他涉嫌谋杀自己的兄弟，而毫无疑问是他的罪行的是，他谋杀了他的姻兄比斯格里的阿方索公爵、他那臭名昭著的姐姐所嫁的第二任丈夫。达・芬奇对波基亚意醉神迷―当时27岁的公爵只有达・芬奇一半年龄。

这段时间，达・芬奇参与制作城市规划和区域地图，他的方法奠定了现代地图绘制学的基础。1503年，他回到佛罗伦萨，规划出一条自城区通往大海的运河。这个计划从未得到实施，但现在有条连接佛罗伦萨与海滨的高速公路，途径和达・芬奇当年提出的规划恰相吻合。

1503～1506年，在佛罗伦萨五百圣贤堂绘制壁画的达・芬奇，开始创作《蒙娜丽莎》。这幅画尚未完成，他便应法兰西王的米兰总督查尔斯・达昂布瓦之请回到米兰。在米兰的六年间，他一心从事建筑并王亲贵胄般地领享400金币的年俸。其间，他画出了《岩间圣母》的第二变体。