最新动态系统建模实验——四旋翼仿真
基于LabVIEW的四旋翼飞行器建模与控制仿真

基于LabVIEW的四旋翼飞行器建模与控制仿真彭斌;陈玮【期刊名称】《工业控制计算机》【年(卷),期】2015(000)011【摘要】通过分析四旋翼飞行器特有的机械结构和飞行原理,利用牛顿-欧拉方程,建立了四旋翼飞行器的数学模型。
使用LabVIEW控制与仿真模块建立了动态数学模型,并以四个旋翼转速作为控制量,针对该模型在悬停状态时设计了一解耦PID四通道控制器分别对高度、俯仰角、横滚角和偏航角控制,在LabVIEW中进行了相应的仿真。
仿真结果表明,在经过反复试凑所设定的PID参数下,控制器能够很好地跟踪高度和各姿态角的期望值,所采用的控制方法具有可行性。
所述仿真方法简易可行,为可扩展的半物理仿真提供了有力的软件保障。
%By analyzing the unique mechanical structure and flight principle of thequadrotor,Newton-Euler equation is used to establish the mathematic model of the quadrotor.The control and simulation module of LabVIEW is used to build the dynamic mathematic model,and the rotate speed of four propel er of the quadrotr is taken as control input.A decoupling PID four-channel control system is designed to control height,pitch angle,rol angle and yaw angle respectively according to the model in hover situation.At last the relevant simulation is accomplished.【总页数】3页(P68-69,73)【作者】彭斌;陈玮【作者单位】广东工业大学自动化学院,广东广州 510006;广东工业大学自动化学院,广东广州 510006【正文语种】中文【相关文献】1.基于LabVIEW的四旋翼飞行器姿态测量实验系统 [J], 卢艳军;吴金宇2.基于Adams与Matlab的四旋翼飞行器控制仿真 [J], 胡锦添;舒怀林3.四旋翼飞行器的建模与控制仿真 [J], 李仲德;刘恒山4.基于LabVIEW的一级倒立摆LQR控制仿真设计 [J], 刘群铭; 兰育飞; 史颖刚5.基于LabVIEW的四旋翼飞行器姿态监测系统设计 [J], 谢檬;南洋因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
四旋翼飞行器的建模及控制算法仿真_高燕

参数取值分别为 3 、5 、1 , 而 kd 的参数取值为 0.1 、2 、1 。 而 angle inversion 模 块 是 对 angle PD 模 块 的 三 个 输 出 进 行 反 解 算 , 三 个输出是姿态角的实际值 , 如图 2 所示 。
PID 参数将根据不同时刻三个参数的作用以 及 相 互 之 间 的
多旋翼飞行器因其能够在多种环境下 ( 如室内 、 城市和丛林 等 ) 中执行监视 、 侦察等重要任务 , 已被引入军事作战中 ; 同时它 还具有巨大的民用前景和商业价值
[1-2]
2
控制器设计 飞 行 控 制 是 四 旋 翼 飞 行 控 制 中 的 关 键 技 术 [6], 为 了 达 到 控
, 如我国国内的顺丰 快 递
2 ) 当 e 和 ec 为中等大小时 , 比例系数应较小些 , 积分系
四旋翼飞行仿真器的建模及控制方法的研究的开题报告

四旋翼飞行仿真器的建模及控制方法的研究的开题报告开题报告一、选题背景四旋翼无人机作为无人机中最为常见的一种类型,其应用领域十分广泛,包括但不限于:航拍、物流、救援、搜救等。
为了提高四旋翼无人机的飞行性能和安全性,需要对四旋翼无人机进行控制设计和仿真研究。
本文针对四旋翼无人机的飞行控制问题展开研究,探讨四旋翼无人机的建模与控制方法,以提高其飞行能力和稳定性。
二、研究内容1.四旋翼无人机的建模首先,需要对四旋翼无人机进行建模,抽象出合适的数学模型,建立其动力学关系式,同时选取合适的坐标系和传感器测量参数。
在建模过程中,需要考虑到四旋翼无人机的结构、电机和电调参数、传感器和控制器等综合因素,得到能够描述四旋翼无人机运动规律的数学模型。
2.四旋翼无人机的控制方法研究针对四旋翼无人机进行控制设计,探讨多种控制方法,包括PID控制、自适应控制、模糊控制等,根据四旋翼无人机的实际特点和要求,选择合适的控制方法。
同时,基于所选的控制方法,设计合适的控制算法,对四旋翼无人机进行模拟仿真,考察控制方法对四旋翼飞行的影响。
3.四旋翼无人机的仿真平台创建四旋翼无人机的仿真平台,通过建模和控制方法设计的仿真实验和模拟简化实验,验证仿真模型的准确性,研究不同控制方法的效果。
同时,从仿真中,可以得到更加详细的实验数据,并对其进行分析和处理,得出更有价值的结论。
三、研究意义本文的研究将有助于优化四旋翼无人机的飞控系统,提高飞行控制精度和稳定性,进一步提升飞行安全性,同时推动无人机技术的发展。
同时,基于该研究成果,还可以进一步对其他无人机类型进行研究,为无人机控制和应用提供更加详尽的指导和理论基础。
四、研究方法和步骤1.文献调研和资料收集:查阅相关文献和资料,掌握四旋翼无人机的基本原理、控制方法和应用领域。
2.建模与控制方法的设计:根据所学知识,对四旋翼无人机建立数学模型,探讨控制方法和算法,选择合适的控制方案。
3.仿真程序开发:基于四旋翼无人机的数学模型和控制方法,开发相应的仿真程序,进行模拟实验。
四旋翼无人机的三维动态Matlab仿真

四旋翼⽆⼈机的三维动态Matlab仿真四旋翼⽆⼈机的三维动态Matlab仿真1 简介⽆⼈机(UAV, Unmanned Aerial Vehicle),是⼀种装载有动⼒装置的⽆⼈驾驶飞⾏器。
与传统的有⼈驾驶飞机相⽐,⽆⼈机不收⼈的⽣理极限和⼼理限制,可以执⾏危险性答的任务,可代替⼈类完成⾼危环境以及⼭区恶劣环境条件下的任务。
因此,UAV有着⼴泛的应⽤:军事上可⽤于侦查、监控、反恐作战等;民⽤上可⽤于航拍、交通巡逻、架空线缆巡检、危险区域巡查和救灾等。
在⼀些危险区域或不可抵达的环境中,⽆⼈机显得更为重要。
相较于有⼈驾驶的飞机,⽆⼈机的飞⾏控制系统设计更为重要。
由于没有⼈的直接操纵,所以要求⽆⼈机能⾃动调整其姿态、速度、航迹,甚⾄还要求⽆⼈机在运⾏过程中能根据任务需求⾃主进⾏飞⾏调度和航迹规划。
⽆⼈机根据其机翼的类型可以分为固定翼式和旋翼式⽆⼈机。
固定翼式⽆⼈机在技术上已经⾮常成熟,其应⽤也相当的⼴泛。
在军事上,⽆⼈机凭借⽆⼈驾驶,机动性好,飞⾏时间长,便于隐蔽等特点在战争中起到越来越重要的作⽤。
美国空军在1997年专门成⽴了⽆⼈机作战实验室。
在海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争、伊拉克战争等多次局部战争中,投⼊“全球鹰”,“捕⾷者”为代表的数百架⽆⼈机直接参与军事⾏动,起到了明显的效果。
特别地,在伊拉克战争中,“捕⾷者”的任务是为战⽃机识别⽬标,其任务完成率达77.2%。
“全球鹰”则为摧毁伊拉克防空武器的⾏动提供了⼀半以上的⽬标锁定对象。
此外,美国还在境外修建⽆⼈机基地,⽤来打击“基地”等恐怖组织,且逐渐成为猎杀的主要⼿段。
美国使⽤⽆⼈机在军事上的成功应⽤,让各国纷纷效仿,开始重视并加快对⽆⼈机的开发和研制。
在民事应⽤上,⽆⼈机可⽤于重⼤灾难抢险和森林⽕警监控、天⽓预报、航空拍摄、摄影测量、跟踪搜索等⽅⾯。
相⽐于固定翼式⽆⼈机,旋翼式⽆⼈机发展缓慢的多。
主要原因是旋翼式飞⾏器的控制远⽐固定翼式复杂。
基于matlab的四旋翼控制仿真与抗干扰验证

基于matlab的四旋翼控制仿真与抗干扰验证引言四旋翼无人机(UAV)因其灵活的飞行特性和广泛的应用领域而受到了广泛的关注。
由于外部环境、飞行姿态和飞行任务的多样性,四旋翼无人机的控制系统需要具备较强的鲁棒性和抗干扰能力。
对四旋翼的控制系统进行仿真和抗干扰验证就显得尤为重要。
本文基于matlab对四旋翼的控制系统进行了仿真,并通过抗干扰验证的实验,以验证控制系统的鲁棒性和抗干扰能力。
首先介绍了四旋翼的基本结构和运动原理,然后分析了四旋翼的控制系统设计,并使用matlab对其进行了仿真。
最后进行了抗干扰验证实验,通过对仿真结果的分析,验证了四旋翼控制系统的鲁棒性和抗干扰能力。
一、四旋翼的基本结构和运动原理四旋翼无人机是一种由四个电动马达驱动的旋翼飞行器,它能够通过改变四个电动马达的转速和方向,来实现飞行姿态的控制。
四个电动马达分别安装在无人机的四个臂上,并通过不同的电调装置,来改变电动马达的转速和方向,从而实现飞行器的姿态控制和飞行。
二、四旋翼的控制系统设计四旋翼无人机的控制系统主要包括姿态控制系统和导航控制系统两部分。
姿态控制系统主要用于控制飞行器的姿态和运动,包括俯仰、横滚和偏航等动作;导航控制系统主要用于控制飞行器的位置和航线,包括高度、位置和航向的控制。
姿态控制系统通常采用PID控制器来对四旋翼的姿态进行控制,PID控制器是一种比例、积分、微分控制器,通过对飞行器的姿态误差进行检测和修正,来实现飞行器的姿态控制。
导航控制系统通常采用惯性导航和全局定位系统来对飞行器的位置和航向进行控制,通过对飞行器的位置误差进行检测和修正,来实现飞行器的导航控制。
抗干扰验证实验主要包括对飞行器的姿态和导航进行抗干扰测试,首先对不同的外部干扰进行仿真测试,例如风速、气流等外部因素的干扰;然后对不同的飞行任务进行仿真测试,例如快速转弯、快速速度变化等飞行任务的干扰;最后对仿真结果进行分析和对比,来验证四旋翼控制系统的鲁棒性和抗干扰能力。
基于matlab的四旋翼控制仿真与抗干扰验证

基于matlab的四旋翼控制仿真与抗干扰验证四旋翼无人机已经广泛应用于军事、民用、科研等领域,其控制算法研究是一个重要的问题。
在四旋翼控制中,抗干扰能力是至关重要的,因为四旋翼无人机在飞行过程中可能会受到各种来自外部环境和内部因素的干扰。
本文基于matlab平台,通过搭建仿真环境,对四旋翼控制算法的抗干扰能力进行验证。
一、建立仿真模型本文中所采用的四旋翼模型为一架四轴飞行器,它由四个相互独立的直流无刷电机驱动,每个电机带有一个螺旋桨。
四旋翼的运动状态可以用三个欧拉角来描述,即俯仰角、翻滚角和偏航角。
通过编写matlab程序,可以实现四旋翼模型的动态模拟,同时也可以实现其控制算法的仿真。
二、控制算法设计在四旋翼控制中,通常采用PID控制器来实现对飞行器的控制。
PID控制器是一种经典的控制算法,其原理是通过比较实际输出值和期望值之间的偏差来计算调整量,最终实现对输出量的控制。
本文中所采用的PID控制器包含三个控制回路,分别对应俯仰角、翻滚角和偏航角,其数学公式如下:$$ \begin{aligned} u_{p}&=K_{p}e(t) \\u_{i}&=K_{i}\int_{0}^{t}e(\tau)d\tau \\ u_{d}&=K_{d}\frac{d}{dt}e(t)\end{aligned} $$其中,$u_{p}$、$u_{i}$、$u_{d}$分别为比例、积分、微分控制器的输出,$e(t)$为期望值与实际输出值的偏差,$K_{p}$、$K_{i}$和$K_{d}$为三个控制回路的系数。
三、抗干扰验证为了验证PID控制器的抗干扰能力,本文采用了三种干扰信号进行仿真实验,分别为:1. 噪声干扰:给四旋翼的传感器信号添加随机噪声,模拟实际飞行中的传感器噪声。
2. 风速干扰:给四旋翼模型增加风速信号,模拟实际飞行中的不同风速情况。
将三种干扰信号分别加入到PID控制器中,测量其对欧拉角的影响。
四旋翼飞行器姿态控制建模与仿真

1四旋翼飞行器动力学模型的建立
1.1四旋翼飞行器受力分析
对于飞行器的每个旋翼,剖面呈非对称,一旦
旋翼旋转,由于 面空 速比 面快,故上
面受到的空气压力小于 面,
面受到
的压差形成升力,如图1所示。旋翼1、3逆时针
旋转,旋翼2、4顺时针旋转[叶素动量理
论可知,每个旋翼产生的升力*与电机转速!
的平方成正比,即*=+ !('1,2,3,4%,其中+
,
用受
&
[ 5 ]针对传统的离
线性 模 用于四旋翼飞行器控制
、响速度慢、
时间收敛等问题,提
了干扰观测器补偿的
终端滑模控
制,使响应时间更快、 效 更理想、鲁棒性更
强。
[6 ]利用线性扩张状态观测器对四旋翼
飞行器内部不确定干扰和外部干扰进行实时估
计, 采取线性状态反馈控制对扰动的估计值
行在线补偿,以实现四旋翼飞行器的姿态控制。
Abstract: Quadotoo aircraOt was a typOal under-actuated,nonlineat,and strongly coupled system. De attitude control accuracy and anti-disturbanco problem were always research hotspots. In ordet to realize the attitude control of small and low-cost quadotor aircraa,the fores of the quadotor aircraa was analyzed in detait. The nonlinear dynamic model of the quadrotoo was established by using the Newton-Eulerian equation. Aiming at the fact that the quadrotoo aircraft often encountered uncertain extemae disturbances such as gusts and airflow during the actual flight, a PID contollei1 based on small dmturbances was designed. The simulation test and osuW analysis of the MATLAB/Simulink simulation modds of pitch, roH and yzw channels show that the designed contoe algorithm can meet the attitude contml oquiomentr of quadotor aiooy and has better anti-disturbanco peOormanco.
动态系统建模(四旋翼飞行器仿真)实验报告-

动态系统建模(四旋翼飞行器仿真)实验报告:动态系统建模(四旋翼飞行器仿真)实验报告院(系)名称大飞机班学号学生姓名任课教师2021年 _月四旋翼飞行器的建模与仿真一、实验原理 I.四旋翼飞行器简介四旋翼飞行器通过四个螺旋桨产生的升力实现飞行,原理与直升机类似。
四个旋翼位于一个几何对称的十字支架前、后、左、右四端,如图1-1所示。
旋翼由电机控制;整个飞行器依靠改变每个电机的转速来实现飞行姿态控制。
在图1-1中,前端旋翼1 和后端旋翼3 逆时针旋转,而左端旋翼2 和右端的旋翼4 顺时针旋转,以平衡旋翼旋转所产生的反扭转矩。
由此可知,悬停时,四只旋翼的转速应该相等,以相互抵消反扭力矩;同时等量地增大或减小四只旋翼的转速,会引起上升或下降运动;增大某一只旋翼的转速,同时等量地减小同组另一只旋翼的转速,则产生俯仰、横滚运动;增大某一组旋翼的转速,同时等量减小另一组旋翼的转速,将产生偏航运动。
图1-1 四旋翼飞行器旋翼旋转方向示意图从动力学角度分析,四旋翼飞行器系统本身是不稳定的,因此,使系统稳定的控制算法的设计显得尤为关键。
由于四旋翼飞行器为六自由度的系统(三个角位移量,三个线位移量),而其控制量只有四个(4 个旋翼的转速),这就意味着被控量之间存在耦合关系。
因此,控制算法应能够对这种欠驱动(under-actuated)系统足够有效,用四个控制量对三个角位移量和三个线位移量进行稳态控制。
本实验针对四旋翼飞行器的悬浮飞行状态进行建模。
II.飞行器受力分析及运动模型(1)整体分析如图1-2所示,四旋翼飞行器所受外力和力矩为:Ø重力mg,机体受到重力沿-Zw方向Ø四个旋翼旋转所产生的升力Fi(i=1,2,3,4),旋翼升力沿ZB方向Ø旋翼旋转会产生扭转力矩Mi (i=1,2,3,4), Mi垂直于叶片的旋翼平面,与旋转矢量相反。
图1-2 四旋翼飞行器受力分析(2)电机模型Ø力模型(1.1)旋翼通过螺旋桨产生升力。
基于matlab的四旋翼控制仿真与抗干扰验证

基于matlab的四旋翼控制仿真与抗干扰验证二、四旋翼控制系统建模1. 四旋翼飞行动力学模型四旋翼飞行器由四个相对的旋翼组成,每个旋翼通过改变叶片的转速来产生升力和前进力,因此其飞行动力学模型可以用以下动力学方程描述:\[ \begin{pmatrix} {F} \\ {M_{\phi}} \\ {M_{\theta}} \\ {M_{\psi}} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} {1} & {1} & {1} & {1} \\ {0} & {-l\cos\phi} & {0} & {l\sin\phi} \\ {l\cos\theta} & {0} & {-l\sin\theta} & {0} \\ {-d} & {d} & {-d} & {d} \end{pmatrix} \begin{pmatrix} {\omega_1^2} \\ {\omega_2^2} \\ {\omega_3^2} \\ {\omega_4^2}\end{pmatrix} \]F 代表合力, M_{\phi} 、 M_{\theta} 、 M_{\psi} 分别代表绕x轴、y轴和z轴的力矩, \phi 、 \theta 、 \psi 分别代表滚转角、俯仰角和偏航角, \omega_1 、\omega_2 、 \omega_3 、 \omega_4 分别代表四个旋翼的转速, l 代表旋翼到质心的距离, d 代表绕旋翼传动轴的摩擦系数。
2. 四旋翼控制系统模型四旋翼控制系统主要包括姿态控制、高度控制和航向控制三个部分。
姿态控制通过控制各个旋翼的转速来实现飞行器的姿态变化,高度控制通过控制总的升力来实现飞行器的高度变化,航向控制通过控制飞行器的偏航角来实现飞行器的航向变化。
四旋翼控制系统模型可以用以下状态空间方程来描述:\[ \dot{x} = Ax + Bu \]x 代表系统的状态变量, u 代表系统的输入变量, A 代表系统的状态矩阵, B 代表系统的输入矩阵。
matlab四旋翼仿真

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02 四旋翼动力学建模
四旋翼动力学建模
Fig.2 四旋翼各电机转向示意图
Fig.3 四旋翼欧拉角的数学描述
四旋翼动力学建模
四旋翼动力学建模
假设四旋翼结构完全对称,忽略空气阻力和陀螺效应 则四旋翼的简化数学模型为:
03 控制器的设计
F仿真结果UTURE
位置回路控制器simulink实现 模拟电机
F
F仿真结果
四旋翼动力学模型
Fig.11 四旋翼数学模型
F仿真结果
姿态回路控制器simulink实现
Fig.12 z,x,y轴实际位置
THANKS
800sucaitaobaocom整体simulink仿真fig7四旋翼整体仿真图f仿真结果姿态回路控制器simulink实现fig8姿态控制回路仿真图f仿真结果模拟电机fig10位置控制回路仿真图f仿真结果uturefig9模拟电机四旋翼动力学模型fig11四旋翼数学模型f仿真结果姿态回路控制器simulink实现fig12zxy轴实际位置f仿真结果thanks
控制器的设计
位置回路控制器的设计
Fig.6 位置控制回路示意图
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04 仿真结果
F仿真结果
整体simulink仿真
Fig.7 四旋翼整体仿真图
F仿真结果
姿态回路控制器simulink实现
Fig.8 姿态控制回路仿真图
基于MATLAB的四旋翼仿真
目录
01 简介 02 四旋翼动力学建模 03 控制器的设计 04 仿真结果
01 简介
简介
Fig.1. 飞行机器人
无人飞行机器人,是无人驾驶且具有一 定智能的空中飞行器。这是一种融合了 计算机技术、人工智能技术、传感器技 术、自动控制技术、新型材料技术、导 航技术、通信技术、空气动力学与新能 源技术等的综合机器人系统。无人飞行 器的主要优点包括:系统制造成本低, 在执行任务时人员伤害小,具有优良的 操控性和灵活性等。而旋翼式飞行器与 固定翼飞行器相比,其优势还包括:飞 行器起飞和降落所需空间少,在障碍物 密集环境下的可控性强,以及飞行器姿 态保持能力高。
四轴飞行器建模与仿真

飞行器建模
•
取机体坐标系的一组标准正交基为
r (b1
,
r b2
,
r b3
),T 惯性坐标系的
一组标准正交基为
r (i,
r j,
r k
)T
,则两个坐标系之间的转换矩阵
为
cos cos cos sin sin cos sin cos sin sin
P
CxCyCz
sin
cos
sin sin sin
sin
4
&y& Ktwi2(sin sin cos sin cos ) / m
(3)
i1
4
&z& Ktwi2(cos cos) / m g i1
这就是质心运动的数学模型
2.2 机体角运动模型
• 由质心运动的角动量定理
uur M
d
uur H
dt
• 将上式在机体坐标系上表示,则有相对导数:
uur
uur M
sin
cos
sin
cos
sin cos sin
cos cos
即两个坐标系间向量的变换为:
r
r
b1 i
r r
b2 P j
r r b3 k
2.1 质心运动模型
• 机体所受外力为: 重力G , 重力沿OZ负方向; 四个旋翼 旋转所产生的升力F i(i= 1 , 2 , 3 , 4),旋翼升力沿oz方向
d
H
ur uur H
dt
b
(4)
2.2 机体角运动模型
• 由于
uur uur uur M M1M2
• 其中:H是动量矩,M为飞行器所受合外力矩,M1是升 力产生的力矩,M2是空气阻力对螺旋桨产生的力矩, 且 M 2i K,di2 Kd为阻力矩系数,Wi为相应电机转速。
四旋翼动力学建模

四旋翼动力学建模一、引言四旋翼无人机是近年来飞行器领域的热门话题,其广泛应用于农业、环保、安全监控等领域。
为了更好地掌握四旋翼的运动规律,需要对其进行建模分析。
本文将介绍四旋翼动力学建模的基本原理和方法。
二、四旋翼结构和工作原理1. 四旋翼结构四旋翼主要由机身、电机、螺旋桨和控制系统等组成。
其中,机身是支撑整个飞行器的主体部分,电机驱动螺旋桨产生升力,控制系统负责调节电机转速和方向。
2. 四旋翼工作原理四旋翼通过调节各个螺旋桨的转速和方向来实现飞行姿态调整和位置控制。
当四个螺旋桨转速相等时,飞行器保持平衡状态;当某一侧或某一角度需要调整时,相应螺旋桨的转速会发生变化以产生所需的力矩。
三、四旋翼运动学建模1. 坐标系选择在进行运动学建模时,需要选择合适的坐标系。
通常选择惯性坐标系和机体坐标系。
惯性坐标系是固定不动的,用于描述四旋翼在空间中的位置和速度;机体坐标系则随着四旋翼运动而改变,用于描述其姿态。
2. 姿态表示四旋翼的姿态通常用欧拉角表示。
欧拉角包括滚转角、俯仰角和偏航角,分别表示飞行器绕x、y、z轴旋转的角度。
3. 运动方程根据牛顿第二定律和欧拉定理,可以得到四旋翼的运动方程。
其中,力和力矩来自于螺旋桨产生的升力和扭矩,阻力主要来自于空气阻力和重力。
四、四旋翼动力学建模1. 动力学方程四旋翼的动力学方程可以通过牛顿第二定律和欧拉定理推导得到。
其中,电机输出扭矩与电机转速成正比;螺旋桨产生升力与螺旋桨转速的平方成正比。
2. 状态空间模型将四旋翼的动力学方程转化为状态空间模型可以方便地进行控制设计和仿真分析。
状态空间模型包括状态向量、输入向量和输出向量,其中状态向量包括四旋翼的位置、速度和姿态等状态变量。
3. 控制系统设计四旋翼的控制系统通常采用PID控制器。
PID控制器由比例、积分和微分三个部分组成,用于调节电机转速和方向以实现飞行姿态调整和位置控制。
五、结论本文介绍了四旋翼动力学建模的基本原理和方法。
四旋翼飞行器建模、仿真与PID控制

可得由机体坐标系变换至地面坐标系的转换矩阵Rg / b。
角速度之间的关系。 (11)
根据前文假设,本文研究的情况为四旋翼无人机小角度、低速 度飞行,因此可以做如下近似。
(12) 即:
(13) 通过对进行变换,令:
(14)
可得四旋翼飞行器最终模型。
(4)
(15)
最终得到Rg / b。
(5) 2.2 四旋翼动力学建模
图3 地面坐标系与机体坐标系
四旋翼动力学分析中常用的坐标系是机体坐标系
与地面坐标系
(张海星.四旋翼飞行器建模与控制器设计
[D].南昌:华东交通大学,2018)。
其中,地面坐标系定义如下:选取地面上的一点,即四旋翼至地球
中心连线与地面的交点,定义X轴指向水平正东方向,Y轴指向水平正
北方向,Z轴垂直于XOY平面,指向天空,即与重力方向相反。
过三次欧拉旋转获得(许喆.四旋翼无人机控制系统的设计与实现 [D].南京:南京理工大学,2017):
首先,绕Zb转动ψ角,变换至中间坐标系A,此变换矩阵记作RA / b。
(1) 之后,绕转动θ角,变换至中间坐标系B,此变换矩阵记作RB /A。
(2) 最后,绕转动φ 角,变换至地面坐标系,此变换矩阵记作Rg / B。
为X、Y、 (8)
同理,可以写出机体坐标系下三个力矩平衡方程(冯培晏.四旋翼 无人机建模与PID控制器设计[J].工业设计,2018(6):135-137)。
(9)
其中p、q、r为绕机体坐标系三轴的角速度,
为绕
机体坐标系三轴所受力矩,
为绕机体坐标系三轴的转动惯
量。进一步对转动力矩进行分析:
(10)
其中,l为四旋翼机臂长,d为电机反扭矩系数。 可以写出机体坐标系下各轴角速度与四旋翼滚转、俯仰、偏航
四旋翼飞行器建模与仿真Matlab

四轴飞行器的建模与仿真摘要四旋翼飞行器是一种能够垂直起降的多旋翼飞行器,它非常适合近地侦察、监视的任务,具有广泛的军事和民事应用前景。
本文根据对四旋翼飞行器的机架结构和动力学特性做详尽的分析和研究,在此基础上建立四旋翼飞行器的动力学模型。
四旋翼飞行器有各种的运行状态,比如:爬升、下降、悬停、滚转运动、俯仰运动、偏航运动等。
本文采用动力学模型来描述四旋翼飞行器的飞行姿态。
在上述研究和分析的基础上,进行飞行器的建模。
动力学建模是通过对飞行器的飞行原理和各种运动状态下的受力关系以及参考牛顿-欧拉模型建立的仿真模型,模型建立后在Matlab/simulink软件中进行仿真。
关键字:四旋翼飞行器,动力学模型,Matlab/simulinkModeling and Simulating for a quad-rotoraircraftABSTRACTThe quad-rotor is a VTOL multi-rotor aircraft. It is very fit for the kind of reconnaissance mission and monitoring task of near-Earth, so it can be used in a wide range of military and civilian applications. In the dissertation, the detailed analysis and research on the rack structure and dynamic characteristics of the laboratory four-rotor aircraft is showed in the dissertation. The dynamic model of the four-rotor aircraft areestablished. It also studies on the force in the four-rotor aircraft flight principles and course of the campaign to make the research and analysis. The four-rotor aircraft has many operating status, such as climbing, downing, hovering and rolling movement, pitching movement and yawing movement. The dynamic model is used to describe the four-rotor aircraft in flight in the dissertation. On the basis of the above analysis, modeling of the aircraft can be made. Dynamics modeling is to build models under the principles of flight of the aircraft and a variety of state of motion, and Newton - Euler model with reference to the four-rotor aircraft.Then the simulation is done in the software of Matlab/simulink.Keywords: Quad-rotor,The dynamic mode, Matlab/simulink目录一.引言 (1)1.1 简介 (1)1.2研究背景 (2)1.3目标和内容 (2)二.飞行器建模 (2)2.1 机体质心运动模型 (2)2.2 机体角运动模型 (4)三.仿真与分析 (6)3.1仿真平台和参数选取 (6)3.2仿真过程 (8)3.2.1飞行器的升降运动仿真 (8)3.2.2飞行器的滚转运动仿真 (9)3.2.3飞行器的俯仰运动仿真 (9)3.2.4飞行器的偏航运动 (10)3.3 仿真结果分析 (11)四.结论 (12)参考文献 (13)一.引言1.1 简介四旋翼飞行器也称为四轴飞行器,是一种有4个螺旋桨且螺旋桨呈十字形交叉的飞行器,可以实现各种的运行状态,如:爬升、下降、悬停、滚转运动、俯仰运动、偏航运动等四旋翼飞行器是一种无人机,无人机和有人飞机比较,具有体积相对较小,造价也比载人机低很多,使用非常的方便,在各种复杂的作战环境都可以进行作战等优点。
动态系统建模实验——四旋翼仿真7页word文档

动态系统建模(四旋翼飞行器仿真)实验报告院(系)名称大飞机班学号ZY11DF120学生姓名叶心宇任课教师马耀飞2019年12月四旋翼飞行器的建模与仿真一、实验原理I.四旋翼飞行器简介四旋翼飞行器通过四个螺旋桨产生的升力实现飞行,原理与直升机类似。
四个旋翼位于一个几何对称的十字支架前、后、左、右四端,如图1-1所示。
旋翼由电机控制;整个飞行器依靠改变每个电机的转速来实现飞行姿态控制。
在图1-1中,前端旋翼1 和后端旋翼3 逆时针旋转,而左端旋翼2 和右端的旋翼4 顺时针旋转,以平衡旋翼旋转所产生的反扭转矩。
由此可知,悬停时,四只旋翼的转速应该相等,以相互抵消反扭力矩;同时等量地增大或减小四只旋翼的转速,会引起上升或下降运动;增大某一只旋翼的转速,同时等量地减小同组另一只旋翼的转速,则产生俯仰、横滚运动;增大某一组旋翼的转速,同时等量减小另一组旋翼的转速,将产生偏航运动。
图1-1 四旋翼飞行器旋翼旋转方向示意图从动力学角度分析,四旋翼飞行器系统本身是不稳定的,因此,使系统稳定的控制算法的设计显得尤为关键。
由于四旋翼飞行器为六自由度的系统(三个角位移量,三个线位移量),而其控制量只有四个(4 个旋翼的转速),这就意味着被控量之间存在耦合关系。
因此,控制算法应能够对这种欠驱动(under-actuated)系统足够有效,用四个控制量对三个角位移量和三个线位移量进行稳态控制。
本实验针对四旋翼飞行器的悬浮飞行状态进行建模。
II.飞行器受力分析及运动模型(1)整体分析如图1-2所示,四旋翼飞行器所受外力和力矩为:重力mg,机体受到重力沿-Z w方向四个旋翼旋转所产生的升力F i(i=1,2,3,4),旋翼升力沿Z B方向旋翼旋转会产生扭转力矩M i (i=1,2,3,4),M i垂直于叶片的旋翼平面,与旋转矢量相反。
图1-2 四旋翼飞行器受力分析(2)电机模型力模型2i F i F k ω= (1.1)旋翼通过螺旋桨产生升力。
四旋翼无人机控制系统仿真设计

四旋翼无人机控制系统仿真设计摘要:随着科学技术的发展,我国的四旋翼无人机技术有了很大进展。
四旋翼无人机是一种性能优越的垂直起降无人飞行器,能够实现悬停、低速飞行、垂直起降等功能,在军事和民用方面具有重要价值;针对四旋翼无人机的控制系统设计问题,首先分析介绍了四旋翼无人机飞行原理,对其建立动力学模型和运动学模型,然后进行了基于PID控制的控制系统设计,在进行无人机控制系统仿真实现;能够有效地实现四旋翼无人机的姿态控制、轨迹控制,具有良好的控制精度与响应速度。
关键词:四旋翼无人机;系统建模;控制系统设计引言四旋翼无人机飞行控制问题的难点,主要有以下3个方面:1)建立机体准确的动力学模型非常困难,飞行过程中,系统会同时受到多种干扰的影响(如风、地磁和机械的剧烈振动等),因此,精确有效的动力学模型很难建立;2)飞行器控制系统的设计非常困难,小型四旋翼无人直升机具有6个自由度,而只有4个输入量的欠驱动系统,具有不稳定、欠驱动、强耦合、非线性等特性,因此加大了控制系统的设计难度;3)将飞行器姿态信息作为状态反馈量从而实现自主飞行控制是非常困难的。
能否成功解决这3个问题,是实现小型四旋翼无人机自主飞行控制的关键。
本系统以STM32F103C8为主控芯片,通过无线射频模块nRF2401向主控芯片发送起飞、悬停及降落等命令,当其收到命令后,主控芯片通过提取HC-SR04和MPU-6050的信号,利用四元数姿态解算法得出飞行器当前的状态。
1飞行原理四旋翼无人机是一个具有强耦合特性的被控对象,一个旋翼的转速改变将引起最少3个方向上的运动。
当按照不同的策略对旋翼电机转速进行调节时,机身的受力平衡会被打破,使得无人机姿态改变,进而产生相应的运动。
四旋翼无人机在空间中具备的4种基本运动状态。
1)垂向运动:同时增加4个电机的输出功率,旋翼转速增加,总升力增大,四旋翼无人机便离地垂直上升;反之,同时减小4个电机的输出功率,四旋翼无人机则垂直下降,直至平稳落地,实现了无人机的垂直运动。
四旋翼飞行仿真器的建模及控制方法的研究

—一 —v—、—、 百、—一
囝1一t 国防科大机器人实验室的微小型四旋翼飞行器 固定翼无人机在技术上已经很成熟,而且在过去二十多年的局部战争中充 分展现了它们的作战性能,为美国、以色列等国军队取得战争的胜利立下功勋
中南火学硕十学位论文
第一章绪论
12J。20世纪80年代初以色列军队在黎巴嫩对无人机的成功使用使得各国开始重 新评估无人机对未来战争的影响,美国海军也因此采用了以色列IAI公司的“先 锋”无人机在其战列舰上执行侦察、监视、目标获取及打击效果评估等任务, 并在海湾战争中取得了极大的成功。在“自由伊拉克行动”中,美军大量使用 了“捕食者"和“全球鹰”无人侦察机。“捕食者”的任务是为战斗机识别目标, 其任务完成率达到了77.2%.“全球鹰”则为摧毁伊拉克防空武器的行动提供了 一半以上的目标锁定视象。相对固定翼无人机而言,可垂直起降(vertical take.of!f
respectively.The results show the superiority of the RBF—ARX model
for the modeling of nonlinear systems.
Finally,adopt a MIMO RBF—ARX model to represent the nonlinear dynamics of a quadrotor,and then based on a locally linearized ARX model that is obtained from the RBF—ARX model at a working—point,the state—feedback control law with LQR approach is proposed to control the
四旋翼飞行器飞行控制系统研究与仿真

四旋翼飞行器飞行控制系统研究与仿真一、引言:随着无人机技术的发展,四旋翼飞行器作为一种重要的无人机类型,在军事、民用和工业领域中得到了广泛应用。
四旋翼飞行器的飞行控制系统是实现其稳定飞行和精确操控的关键。
本文将对四旋翼飞行器的飞行控制系统进行研究与仿真。
二、四旋翼飞行器飞行控制系统的功能和组成:1.嵌入式飞控系统:嵌入式飞控系统是飞行控制系统的核心,集成了飞行姿态估计、姿态控制和飞行模式切换等功能模块。
它通过接受传感器系统获取的飞行状态信息,计算出合适的控制指令,并通过执行器系统实施控制。
2.传感器系统:传感器系统用于获取飞行器的状态信息,如加速度、角速度、姿态等。
常用的传感器包括加速度计、陀螺仪、磁力计和气压计等。
3.执行器系统:执行器系统用于根据嵌入式飞控系统计算出的控制指令来控制飞行器的运动。
常用的执行器包括电机、螺旋桨等。
4.遥控器系统:遥控器系统用于远程操控飞行器的飞行和动作。
通过遥控器系统,飞行员可以对飞行器进行起飞、降落、飞行方向和高度的调整。
三、四旋翼飞行器飞行控制系统的研究内容和方法:1.飞行姿态控制:飞行姿态控制是四旋翼飞行器飞行控制系统中的核心问题之一、该问题的研究内容包括姿态估计和姿态控制两个方面。
姿态估计:姿态估计是指通过传感器获取的飞行状态信息,推导出飞行器的姿态信息。
常见的姿态估计方法有卡尔曼滤波器和互补滤波器等。
姿态控制:姿态控制是指根据飞行器的姿态信息,计算合适的控制指令来控制飞行器的姿态。
常见的姿态控制方法有PID控制器和模型预测控制器等。
2.位置和轨迹控制:位置和轨迹控制是四旋翼飞行器飞行控制系统中的另一个重要问题。
该问题的研究内容包括位置估计和位置控制两个方面。
位置估计:位置估计是指通过传感器获取的飞行状态信息,推导出飞行器的位置信息。
常见的位置估计方法有GPS和惯性导航系统等。
位置控制:位置控制是指根据飞行器的位置信息,计算合适的控制指令来控制飞行器的位置。
四旋翼机器人的轨迹跟踪控制方法建模与仿真研究

四旋翼机器人的轨迹跟踪控制方法建模与仿真研究四旋翼机器人是一种具有广泛应用前景的飞行器,其独特的飞行特性使得其在航拍、巡检、搜救等领域有着重要的作用。
然而,要实现四旋翼机器人的精确控制,需要研究一种轨迹跟踪控制方法。
本文旨在研究和仿真四旋翼机器人的轨迹跟踪控制方法的建模与仿真。
首先,对于四旋翼机器人的轨迹跟踪控制,需要建立其数学模型。
四旋翼机器人的运动方程可以表示为力学平衡和动力平衡方程,通过对其动力学进行建模,可以得到四旋翼机器人的运动方程。
在此基础上,可以使用控制理论中的方法,如PID控制器、模糊控制器等,来设计四旋翼机器人的控制器。
通过建立四旋翼机器人的数学模型,可以为后续的仿真研究提供基础。
其次,本文使用MATLAB/Simulink软件进行仿真研究。
通过建立四旋翼机器人的数学模型,可以在Simulink中进行仿真。
在仿真过程中,可以设定四旋翼机器人的起始位置和目标轨迹,然后通过控制器对四旋翼机器人进行控制,使其按照设定的轨迹进行飞行。
通过仿真研究,可以验证所设计的控制器在轨迹跟踪方面的性能。
最后,通过分析仿真结果,可以评估所设计的轨迹跟踪控制方法的性能。
通过比较四旋翼机器人实际飞行轨迹和设定的目标轨迹之间的差异,可以评估轨迹跟踪控制方法的准确性。
同时,还可以分析四旋翼机器人在不同飞行速度和外部干扰下的轨迹跟踪性能,以评估其鲁棒性。
综上所述,本文研究了四旋翼机器人的轨迹跟踪控制方法的建模与仿真。
通过建立四旋翼机器人的数学模型,并使用MATLAB/Simulink进行仿真研究,可以评估所设计的控制器在轨迹跟踪方面的性能。
这对于提高四旋翼机器人的飞行控制精度和稳定性具有重要意义,为其在航拍、巡检、搜救等领域的应用提供了理论和技术支持。
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动态系统建模实验——四旋翼仿真动态系统建模(四旋翼飞行器仿真)实验报告院(系)名称大飞机班学号ZY11DF120学生姓名叶心宇任课教师马耀飞2011年 12月四旋翼飞行器的建模与仿真一、实验原理I.四旋翼飞行器简介四旋翼飞行器通过四个螺旋桨产生的升力实现飞行,原理与直升机类似。
四个旋翼位于一个几何对称的十字支架前、后、左、右四端,如图1-1所示。
旋翼由电机控制;整个飞行器依靠改变每个电机的转速来实现飞行姿态控制。
在图1-1中,前端旋翼1 和后端旋翼3 逆时针旋转,而左端旋翼2 和右端的旋翼4 顺时针旋转,以平衡旋翼旋转所产生的反扭转矩。
由此可知,悬停时,四只旋翼的转速应该相等,以相互抵消反扭力矩;同时等量地增大或减小四只旋翼的转速,会引起上升或下降运动;增大某一只旋翼的转速,同时等量地减小同组另一只旋翼的转速,则产生俯仰、横滚运动;增大某一组旋翼的转速,同时等量减小另一组旋翼的转速,将产生偏航运动。
图1-1 四旋翼飞行器旋翼旋转方向示意图从动力学角度分析,四旋翼飞行器系统本身是不稳定的,因此,使系统稳定的控制算法的设计显得尤为关键。
由于四旋翼飞行器为六自由度的系统(三个角位移量,三个线位移量),而其控制量只有四个(4 个旋翼的转速),这就意味着被控量之间存在耦合关系。
因此,控制算法应能够对这种欠驱动(under-actuated )系统足够有效,用四个控制量对三个角位移量和三个线位移量进行稳态控制。
本实验针对四旋翼飞行器的悬浮飞行状态进行建模。
II .飞行器受力分析及运动模型 (1)整体分析如图1-2所示,四旋翼飞行器所受外力和力矩为: ➢ 重力mg ,机体受到重力沿-Z w 方向➢ 四个旋翼旋转所产生的升力F i (i=1,2,3,4),旋翼升力沿Z B 方向➢ 旋翼旋转会产生扭转力矩M i (i=1,2,3,4), M i 垂直于叶片的旋翼平面,与旋转矢量相反。
图1-2 四旋翼飞行器受力分析(2)电机模型 ➢ 力模型2i F i F k ω=(1.1)旋翼通过螺旋桨产生升力。
Fk 是电机转动力系数,可取826.1110/N rpm -⨯,i ω为电机转速。
➢ 力矩模型旋翼旋转产生旋转力矩Mi(i=1,2,3,4),力矩Mi 的旋向依据右手定则确定。
2i M i M k ω=(1.2)M k 是电机转动力系数,可取921.510/Nm rpm -⨯i ω为电机转速。
➢ 转速模型当给定期望转速后,电机的实际转速需要经过一段时间才能达到。
实际转速与期望转速之间的关系为一阶延迟:()des i m i i k ωωω=-(1.3)响应延迟时间可取0.05s(即20m k s=)。
期望转速des i ω则需要限制在电机的最小转速和最大转速之间,范围可分取[1200rpm ,7800rpm]。
(3)运动方程飞行器受到外界力和力矩的作用,形成线运动和角运动。
线运动由合外力引起,符合牛顿第二定律,如公式(1.4)所示:0000i mr R mg F ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦∑(1.4)r 为飞机的位置矢量。
注意:公式(1.4)是在地平面坐标系中进行描述的。
角运动由合力矩引起。
四旋翼飞行器所受力矩来源于两个方面:1)旋翼升力作用于质心产生的力矩;2)旋翼旋转产生的扭转力矩。
角运动方程如公式(1.5)所示。
其中,L 为旋翼中心建立飞行器质心的距离,I 为惯量矩阵。
24311234(-)=(-)L F F p p p I q L F F q I q r r r M M M M ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⨯⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-+-⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦ (1.5)III .控制回路设计控制回路包括内外两层。
外回路由Position Control 模块实现。
输入为位置误差,输出为期望的滚转、俯仰和偏航角(()()())des des des t t t φθψ、、。
内回路由Attitude Control 模块实现,输入为期望姿态角,输出为期望转速。
Motor Dynamics 模块模拟电机特性,输入为期望转速()φθψωωω∆∆∆、、,输出为力和力矩。
Rigid Body Dynamics 是被控对象,模拟四旋翼飞行器的运动特性。
如图1-3图1-3 包含内外两个控制回路的控制结构(1)内回路:姿态控制回路对四旋翼飞行器,我们唯一可用的控制手段就是四个旋翼的转速。
因此,这里首先对转速ω产生的作用进行分析。
假设我们希望旋翼1的转速达到1desω,那么它的效果可分解成以下几个分量:h ω:使飞行器保持悬停的转速分量;F ω∆:除悬停所需之外,产生沿ZB 轴的净力; θω∆:使飞行器负向偏转的转速分量;ψω∆:使飞行器正向偏航的转速分量;因此,可以将期望转速写成几个分量的线性组合:1des h F θψωωωωω=+∆-∆+∆(1.6)其它几个旋翼也可进行类似分析,最终得到:123410-11110-110111-11-1des h F des des des φθψωωωωωωωωω⎡⎤+∆⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦(1.7)在悬浮状态下,四个旋翼共同的升力应抵消重力,因此:24F h K mg ω=(1.8)此时,可以把旋翼角速度分成几个部分分别控制,通过“比例-微分”控制律建立如下公式:,,,,,,=()()()()()()des des p d des des p d des des p d k k k k k k φφφθθθψψψωφφφφωθθθθωψψψψ∆-+-∆=-+-∆=-+- (1.9)综合式(1.7)、(1.8)、(1.9)可得到期望姿态角-期望转速之间的关系,即内回路。
(2)外回路:位置控制回路外回路采用以下控制方式:➢ 通过位置偏差计算控制信号(加速度); ➢ 建立控制信号与姿态角之间的几何关系; ➢ 得到期望姿态角,作为内回路的输入。
期望位置记为des i r 。
可通过PID 控制器计算控制信号:,,,,,,,()()()=des i T i d i i T i p i i T i i i i T i r r k r r k r r k r r -+-+-+-⎰()0(1.10),i T r 是目标悬停位置是我们的目标悬停位置(i=1,2,3),des i r 是期望加速度,即控制信号。
注意:悬停状态下线速度和加速度均为0,即,,==0i T i T r r 。
通过俯仰角和滚转角控制飞行器在XW 和YW 平面上的运动,通过ψω∆控制偏航角,通过F ω∆控制飞行器在ZB 轴上的运动。
对(1.4)进行展开,可得到:123(cos sin cos sin sin )(sin sin cos cos sin )cos cos ii imr F mr F mr mg F ψθθφψψθψθφφθ=+=-=-+∑∑∑ (1.11)根据上式可按照以下原则进行线性化:(1)将俯仰角、滚转角的变化作为小扰动分量,有sin θθ≈,sin φφ≈,cos 1θ≈,cos 1;φ≈(2)偏航角不变,有0==T ψψψ,其中0ψ初始偏航角,T ψ为期望偏航角(3)在悬停的稳态附近,有i F mg ≈∑根据以上原则线性化后,可得到控制信号(期望加速度)与期望姿态角之间的关系:123(cos sin )(sin cos )8des des des T T des des des T T des F hFr g r g k r m θψφψθψφψωω=+=-=∆(1.12)根据式(1.10)已经通过PID 控制器得到了作为控制信号的期望加速度,因此,将(1.12)式反转,由期望加速度计算期望姿态角,作为内回路的输入:121231(sin cos )1(cos sin )8des desdes T T des des des T T desF F hr r g r r g mr k φψψθψψωω=-=+∆=(1.13)二、实验步骤I .搭建Simulink 仿真控制回路根据实验原理中运动方程及控制回路设计,搭建Simulink 控制回路,如图2-1所示。
主要分为五个部分:Position Control (由期望的位置误差通过控制律设计计算出期望的姿态角),Attitude Control (由姿态角信息和各轴角速度信息通过控制律计算出给电机的控制信号),Motor Dynamics (通过给电机的控制信号由电机模型计算出每个电机的输出力和力矩),Rigid Body Dynamics 为四旋翼飞行器的仿真模型,由产生的力和力矩计算出仿真模型的姿态和位置信息,VR Sink 为四旋翼飞行器的虚拟显示模型。
aircraft_four.translationYaw.rotationPitch.rotationRoll.rotationVR SinkRate Transition3Rate Transition2Rate Transition1Rate Transition图2-1 仿真Simulink 模型下面给出每个子系统的仿真结构图及控制律设计部分。
图2-2 Position Control子系统图2-3 位置PID控制器结构图2-4 Attitude Control子系统图2-5 姿态角和三轴角速度之间的转换关系图2-6 Motor Dynamics子系统输出力及力矩模型图2-7 Rigid Body Dynamics子系统II.利用V-Realm Builder建立四旋翼飞行器的虚拟模型利用V-Realm Builder建立四旋翼飞行器的大致虚拟模型,并建立四个父类分别为Simulink输入提供质心位移信息和机体姿态信息,如图2-8所示。
图2-8 四旋翼飞行器虚拟模型III.利用MATLAB GUI建立四旋翼飞行器仿真的控制界面利用MATLAB GUI建立仿真控制界面,所建立的控制界面如图2-9所示。
图2-9 MATLAB GUI仿真控制界面界面主要分为四个部分,Struct Parameters Panel设置飞行器的结构参数和外部变量,Desired Position Panel设置期望控制飞行器所到达的位置,Control Parameters Panel设置PID控制律所需的增益参数和仿真时间,Plot Panel显示仿真结果图形并对图形效果进行简单的控制。
三、仿真结果运行GUI,输入所需参数或者采用默认参数,点击load data按钮分别将三组参数载入,点击Start按钮,仿真开始运行。
跳出VR显示,并在仿真结束后绘制飞行器三方向的坐标信息曲线和飞行器位置曲线。