《四旋翼無人機仿真模擬與實驗分析案例》1200字

四旋翼無人機仿真模擬與實驗分析案例綜述MATLAB是一種交互式設(shè)計環(huán)境，屬于高級設(shè)計語言，其在編程設(shè)計、可視化、數(shù)值形式計算中得到了充分應(yīng)用REF_Ref72087082\r\h[26]。目前很多算法的推演，以及動力學(xué)模型的構(gòu)建都離不開MATLAB的支持，不僅如此，其最亮眼的設(shè)計就是能夠智能地處理信息和數(shù)據(jù)資料，使之可視化，simulink是一個被充分應(yīng)用于工業(yè)多領(lǐng)域數(shù)據(jù)仿真和基于設(shè)計模型的工程設(shè)計工具，具有框架及其模塊可視性優(yōu)化的應(yīng)用環(huán)境。它提供了一種編輯圖形模型的器件供用戶使用，用戶可以利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊庫和模型求解器來滿足自己構(gòu)建系統(tǒng)的需求，還能支持自動仿真。因此，本文在Simulink環(huán)境中REF_Ref72087357\r\h[27]，首先建立了根據(jù)第三章中所介紹的動力學(xué)方程組構(gòu)建了相應(yīng)的仿真模塊，然后實現(xiàn)了第四章當(dāng)中兩種控制器仿真模型的構(gòu)建，最后將四旋翼無人機的的動力學(xué)模型和兩種pid控制器的模型相互串聯(lián)，完成了仿真與實驗。1.1四旋翼無人機動力模型仿真圖5-1所示為在Simulink環(huán)境下根據(jù)的推導(dǎo)得出的無人機的動力學(xué)方程組所搭建的動力學(xué)仿真模塊。圖5-1動力學(xué)仿真模塊該模型按照所推到的四旋翼無人機的動力學(xué)方程程組（3-21）構(gòu)建，以無人機旋翼旋轉(zhuǎn)所生成的力與力矩矢量U=[U1，U2，U3，U4]為輸入量，通過計算出U1，U2，U3，U4的具體的值并將值作為輸入量輸入四旋翼無人機的轉(zhuǎn)速解算模塊之后便可以按照Ω=?Ω1+Ω2?Ω31.2模糊PID與PID控制器仿真其解算位置控制器的模型框圖如圖5-2和圖5-3所示。Psidesired、Thedesired、Phidesired、zdesired其中分別對應(yīng)給定位置量Psi、The、Phi、z的輸入端口，Psi、The、Phi、z分別是反饋位置Psi、The、Phi、z的輸入端口。U1、U2、U3、U4輸出量端口為結(jié)算出來的無人機力矩矢量U=U1圖5-2PID仿真控制模塊圖5-3模糊PID仿真控制模塊一個完整的四旋翼無人機飛行控制系統(tǒng)可以由前面所得到的四旋翼無人機動力學(xué)建模和pid控制器組成，如圖5-4所示。在以這個完整的四旋翼無人機飛行控制系統(tǒng)的仿真模型作為仿真的基礎(chǔ)上進行了多次的實驗仿真。圖5-4四旋翼無人機飛行控制仿真框圖

1.2仿真結(jié)果本研究結(jié)合不同情況開展了測試模擬和仿真實驗工作，以進一步對控制器的性能和特點進行檢測與評估，為了進行說明，此處以當(dāng)中某一例進行分析，以闡明二者的特點。在本次實驗當(dāng)中，首先要保證四旋翼無人機各項初始值歸零，然后對三個姿態(tài)夾角的目標(biāo)值進行設(shè)置為0.1rad，同時設(shè)置無人機的目標(biāo)高度為10m。通過simulink平臺對兩個搭建好的模型進行了仿真實驗，得到三個姿態(tài)角psi、the、phi與高度z的時間響應(yīng)曲線如圖所示。圖5-6psi響應(yīng)曲線圖5-7the響應(yīng)曲線圖5-8phi響應(yīng)曲線圖5-9高度z響應(yīng)曲線1.3控制器分析與對比仿真模擬分析了四旋翼無人機在simulink環(huán)境下的飛行器性能，并在對控制器性能進行評價時以三個姿態(tài)角和高度響應(yīng)曲線為依據(jù)，通過三