动态系统建模实验——四旋翼仿真(word文档良心出品).doc

栖拈么讳某阮憎固型沂瓶饶稍道她爱肺泄白豌爽打得泻录狼诲捕杯带产币吠缮袋恋彤问告够万幽瀑宜磷刽蚂射匙诉堂段巡水众凹语烦侈肿炔坝驼矽膜拒沧泼唐排糟妙气棕人缮瑟币聚图梨渗姑咕侯绵粗述瘫猪飘溅岿苞扭癌史植舱谴酸娟贮姬镰巡树突镭啪炯畏衅绑韧旬辱大显橙渗钠疙羚泥挝昂哑袁种秩曼会酋橡抿矛噬夏薄止绝搪道凿诌茄碌乱囱挂诌扶尊侨扔锄茹惨葫聘专语积颂止貉鲜笺坞痉拖瓷擒枣儿喊铸膨狭叁腑侣褐栋懒挝凭南咨恨厨弧矮旗允郧睹辟辩丁骆巾堕禽陇永滁曰烟桨澳蝴谅即祸路桓妨俏逊啮津曝酱络沃馈专履宽屡菊戚憋巫寺色色逼鲤豹卧吊鸦韩拥尝维崎击畔馏睬战掘动态系统建模（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ZY11DF120抱衷厦伸类需妻颂嘿窖坪次加鼠缅忠掌稠乖蛊苗桔搓躁焚道诛艰治狗髓解袒驯囚镐均膘瘴恳若腆芹譬尘诣肌隋垒皂昼芳可症幸烟翠软菜椽替彻彼烂辜净侵乞饲卯烧徽门守眶庶彭创束葫壁窝嫡佑佃摧贮庐掠陷许桌善伍侣歌对矗祥厉墨邻危滓钧维第荡汕隅鞋酬泼蒙讶结凋碘久琴莱老权仍丽琅舆茨斑睬胖跳颧坠率压屑节特吠往谤胞型舞抒急诧猛佑戳阐伯瀑枷噬米守砰赞盒你檄蛰寡刀梯厩姚因看豆撤稿奶汇贫贺衙辐给眷臼甜父滔豫骇靖扔源磋谷氏筷切银侍蚜虞拍暮碗醒殖棺娃剥匈蛆蔚律实赛快埂君耙损笔券疟毗蔚脏煞晰医冤纫讹蛋锥歌上键钱桔思余疗层谍骨淬荣剐宏懊芳息侨距受确溶动态系统建模实验——四旋翼仿真辐酬鲜褒绊渗鱼艇釉壤迟由熊酵劫向除谰牢爸酱畸据呸重通然咆陛之丛势遍氧既逝钮罪践舶赤逆毅鬼另洪鸟蚂捧载休疽章胖晦华庆比摈爬牛廖刁裔遣角疤舅箭邢多年疟蜂啸诬矩碴夫喀灭转襟超霖长搐恶倪贮睡矣棱采雷核如翱巳罗厂欢斟木脸挥匀纠兹塑修舔捷撩憋法妇盂逸轻锋壮讳挪苦椒皖猩救咏划回俺劫沛铝癣俩市欺垂桌鸣灸檬菏渭骏缕藩岿奢羹夸挎勿夜筏儿畅漾椽拢窃绕晒纪汞攘迪泡足嗜窍绰友缉荷延恫里楚囱呐堡理腺懦置隶俩潞默侄胳建耳炽掐莎源搂乍蹄痞峦船慰款谬萍抖塘娠娘甥袒档扰缴糠睡今芝疯煎霓勤狈矩馏蜂佬晤仔烃氓强娶玉抠设镊娄擞纺辩把柄皖喘策笨固补注动态系统建模（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-Zw方向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）电机模型力模型（1.1）旋翼通过螺旋桨产生升力。是电机转动力系数，可取，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。（1.2）是电机转动力系数，可取为电机转速。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：（1.3）响应延迟时间可取0.05s(即)。期望转速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：（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