四轴飞行器动力学
本节解释四轴飞行器的物理特性和动力学是如何实现的parrotMinidroneHover
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四轴飞行器的物理特性
以下是四轴飞行器的物理特性示意图:
轴
质量和惯性
转子
轴
四轴飞行器的体轴以重心为中心。
的x-轴从重心开始,指向四轴飞行器的机头方向。
的y-轴从重心开始,指向四轴飞行器的右侧。
的z-轴从重心开始,从四轴飞行器向下,遵循右手法则。
质量和惯性
我们假设整个身体是一个粒子。该文件vehicleVars
包含惯性和质量的值。
转子
转子1号相对于z设在。它的位置与xy-平面,-45度x设在。
转子2号相对于机体负旋转z设在。它的位置与xy-平面,从-135度x设在。
3号转子的旋转方向与1号转子相同。它的位置与xy-平面,从135度x设在。
4号转子的旋转方向与2号转子相同。它的位置与xy-平面,45度x设在。
本例使用Prouty[1]定义的方法,并适用于pond等[2]的重型四轴飞行器。
控制
在控制方面,四轴飞行器使用互补滤波器估计姿态,卡尔曼滤波器估计位置和速度。这个例子实现了:
一种用于纵摇控制的PID控制器
偏航PD控制器
一个PD控制器的位置控制在东北向下坐标
的controllerVars
文件包含与控制器相关的变量。的estimatorVars
文件包含与估计器相关的变量。
该示例将控制器和估计器实现为模型子系统,允许在设计时对估计器和控制器的几种组合进行评估。
传感器
这个例子使用了一组传感器来确定它的状态:
一个惯性测量单元(IMU)来测量角速率和平动加速度。
一种用于光流估计的相机。
用于测量高度的声纳。
该示例将传感器的特征存储在文件中sensorVars
.若要在这些测量中包含传感器动态,可以更改VSS_SENSORS
变量。
环境
这些模型实现了几个Aerospace Blockset™环境块,包括用于大气和重力模型的环境块。要包含这些模型,可以更改VSS_ENVIRONMENT
变量在变量和固定环境模型之间切换。
线性化
该模型使用trimLinearizeOpPoint
利用Simulink Control Design (R)对四轴飞行器的非线性模型进行线性化。金宝app
可视化
你可以用以下方式之一来可视化四轴飞行器的变量:
使用模拟数据检查器。
使用飞行仪表块。
在不同的可视化变体子系统之间切换。控件可以在不同的变体子系统之间进行切换
VSS_VISUALIZATION
变量。请注意,这些变体之一是FlightGear动画。要使用此动画,必须将FlightGear兼容的四轴飞行器模型添加到项目中。该软件不包括此模型。
参考文献
[1] Prouty, R.直升机性能,稳定性和控制。PWS出版社,2005年出版。
[2]庞斯,P., Mahony, R., Corke, P.大型四旋翼机器人的建模和控制。控制工程实践。2010。