摘要
多旋翼飞行器不仅能够像固定翼飞行器一样多方向飞行，还能够像直升机一样悬停，使其在民用和军事方面都得到了很好地应用。但是，目前多旋翼存在的最大缺点是续航能力差，不能长期执行任务。系留浮空器依靠自身的浮力实现在空中悬浮，系留缆绳可以使其固定到一点执行任务，可以长时间不间断的定点停泊高效工作，但是它的机动性较差，受外界环境影响较大。 综合多旋翼飞行器和系留浮空器的特点，可以设计一款通过缆绳供电的有缆多旋翼飞行器，使其具有多旋翼飞行器的机动性强、受外界环境干扰小、性价比高和系留浮空器连续长时间工作、维护方便的优点。目前国内关于有缆多旋翼飞行器的研究和应用较少，本文以实现有缆多旋翼的悬停飞行为目标，着重开展了一系列的研究工作。 首先，简述了六旋翼飞行器的基本结构和工作原理，接着分析了六旋翼飞行器的动力学特性，获得了飞行器的旋转和平移的动态方程，并对其数学模型进行了简化。接下来对缆绳的受力和缆绳对机体的拉力进行了分析，并在六旋翼飞行器动力学模型的基础上建立了有缆六旋翼的简化数学模型。 然后，根据飞行器的设计要求和任务需要，采用模块化的设计理念，进行了系统的硬件和软件设计。主要包括对所用到的主控制器和导航系统中的传感器选型并选择合适的滤波算法对传感器采集的数据滤波融合后解算得到相关有效信息。再利用经典PID和串级PID的控制算法设计出控制器，控制飞行器的姿态、高度和位置。另外选择合适的电源和电缆设计了有缆多旋翼的供电系统。 最后，通过多次实验整定得到了飞行器较好的参数。实验结果表明，本文的设计方法能够使有缆多旋翼飞行器长期稳定的工作，能够完成相应的任务，基本满足了设计的要求。
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