刘云平　陈　城　张永宏　李先影　梅　平

1.南京信息工程大学,南京,210044　　2.北京航空航天大学，北京,100191



涵道式无人飞行器的动力学建模与运动稳定性分析

刘云平1,2陈城1张永宏1李先影1梅平1

1.南京信息工程大学,南京,2100442.北京航空航天大学，北京,100191

摘要：涵道式无人飞行器在起飞/着陆过程中，由于近地空间复杂气流等扰动的作用，极易产生钟摆振动、精度降低、失控坠落等运动失稳现象。针对求解动力学方程或Lyapunov直接法分析系统运动稳定性存在着方程难以求解及Lyapunov函数难以构建等问题，通过Lyapunov指数方法建立了飞行器结构参数与系统运动稳定性之间的量化关系，为指导系统的机械结构设计及控制系统优化，提高其系统的可靠性和稳定性提供参考。该方法与Lyapunov直接法相比，具有可构建性、计算过程简单等特点。

关键词：涵道式无人飞行器；起飞与着陆；Lyapunov指数；动力学模型

0引言

涵道式无人机自产生到现在，运动稳定性、能耗等问题一直困扰其发展[1]。由于其活动区域主要位于地形复杂、气流频繁的近地空间，故极易产生钟摆振荡、精度恶化、失控坠落等运动失稳问题[2-3]。而无人飞行器及携带设备的高成本及事故时对地面的危险性，要求它整个系统设计具有较高的鲁棒稳定性和可靠性[4-5]。

运动稳定性理论主要是研究系统在受到干扰后的运动状态与原预定运动状态之间发散或收敛的运动特性，Lyapunov直接法分析运动稳定性的关键是构建Lyapunov函数，但是Lyapunov函数没有一般的构造方法，而且也不唯一，这大大限制了该方法的广泛应用。……