动态系统建模仿真实验报告四旋翼仿真

下载后可任意编辑动态系统建模仿真实验报告四旋翼仿真 动态系统建模仿真实验报告（2）四旋翼飞行器仿真 20241 实验内容基于Simulink 建立四旋翼飞行器的悬停控制回路，实现飞行器的悬停控制； 建立 UI 界面，能够输入参数并绘制运动轨迹； 基于 VRToolbox 建立 3D 动画场景，能够模拟飞行器的运动轨迹。 2 实验目的通过在 Matlab 环境中对四旋翼飞行器进行系统建模，使掌握以下内容： 四旋翼飞行器的建模和控制方法在 Matlab 下快速建立虚拟可视化环境的方法。 3 实验器材硬件：PC 机。 工具软件：操作系统：Windows 系列； 软件工具：MATLAB 及 simulink。 4 实验原理 4.1 四旋翼飞行器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 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。 图 1 四旋翼飞行器旋转方向示意图在图 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。 4.2 建模分析四旋翼飞行器受力分析,如图 2 所示图 2 四旋翼飞行器受力分1下载后可任意编辑析示意图旋翼机体所受外力和力矩为： 重力 mg,机体受到重力沿方向； 四个旋翼旋转所产生的升力(i=1,2,3,4)，旋翼升力沿方向； 旋翼旋转会产生扭转力矩(i=1,2,3,4)。垂直于叶片的旋翼平面，与旋转矢量相反。 力模型为： ，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。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。力矩模型为，其中是电机转动力系数，可取为电机转速。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：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]。 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...