共轴直升机操纵机构运动学建模与实验验证

本文主要探讨了一种共轴式直升机操纵机构的运动学建模与分析。共轴直升机因其独特的结构，其操纵机构的输入/输出关系具有高度的非线性和复杂的多通道控制耦合，特别是在航向控制系统中，全差动操纵机制尤其复杂，这对系统的精确控制和性能优化提出了挑战。本文的研究目标是针对这种复杂性，提出一种有效的运动学建模方法。 作者首先从机构学的角度出发，通过识别并消除冗余约束和局部自由度，对操纵机构进行了精简，确定了其实际的自由度数量。这是建立精确运动学模型的基础，因为自由度的数量直接影响到模型的复杂性和准确性。 接着，作者将操纵机构分解为三个子模块，分别对每个模块运用空间机构的位置分析技术，进行了正向运动学分析（即从输入参数到输出运动的推导）和逆向运动学分析（即从输出运动反推出输入参数）。这样既确保了模型的完整性，也便于理解和控制每个部分的行为。 为了验证模型的准确性和实用性，文中设计了一套基于光学测量原理的测试系统，通过实验数据验证了所建立的运动学模型。这一步骤对于实际应用至关重要，因为它提供了模型在实际条件下的性能验证标准。 最后，作者介绍了该模型在共轴式直升机整体建模、操纵系统的解耦以及线性化处理中的应用方法。通过模型化，可以更好地理解和控制直升机的动态行为，从而提高其飞行稳定性和操控效率。此外，通过线性化处理，可以减少系统非线性带来的复杂性，使得控制器的设计更加容易和有效。 这项研究对于理解共轴式直升机操纵机构的工作特性、优化其控制系统设计以及提升飞行性能具有重要的理论和实践价值。通过严谨的运动学建模和实验验证，本文为共轴直升机操纵系统的工程应用提供了强有力的支持。