科學(xué)計算語言Julia及MWORKS實踐 課件 31-四旋翼無人機的路徑跟蹤

四旋翼無人機模型講解目標：構(gòu)建四旋翼無人機系統(tǒng)，并控制無人機跟蹤指定路徑飛行建模仿真流程2本體組成：機架、電機、飛控板、螺旋槳、電池、遙控器等運動原理需求階段系統(tǒng)分析3

系統(tǒng)原理系統(tǒng)分析需求階段

②①③④⑤②4模型庫架構(gòu)系統(tǒng)組成需求階段系統(tǒng)分解②③④⑤5②③④⑤機械相關(guān)模型：Modelica.Mechanics傳感相關(guān)模型：Modelica.Mechanics電氣相關(guān)模型：Modelica.Electrical

控制相關(guān)模型：Modelica.Blocks信號相關(guān)模型：Modelica.Blocks所有模型組件均可使用Modelica標準庫建模階段模型篩選6子系統(tǒng)-路徑規(guī)劃①四旋翼無人機路徑規(guī)劃模塊-螺旋爬升軌跡建模階段通過MWORKS設(shè)計無人機x、y、z三個方向位置隨時間的變化規(guī)律。X：y：z：7控制系統(tǒng)模型建模階段子系統(tǒng)-控制系統(tǒng)②只考慮角度反饋信號和位置反饋信號，因此對于姿態(tài)控制和位置控制均采用的單PID控制。8電機驅(qū)動模型建模階段子系統(tǒng)-電機模型③主要建模對象：四旋翼無人機的直流電機。本方案擬采用的是一種位置伺服的直流電機，在建模時采用Modelica標準庫中的相關(guān)組件進行一定處理后，得到最終的電機模型。9四旋翼剛體動力學(xué)模型建模階段子系統(tǒng)-四旋翼模型④通過MWORKS.Sysplorer的軟件插件將Solidworks繪制的三維實體導(dǎo)入到MWORKS.Sysplorer軟件中，簡化了通過方程進行建模的傳統(tǒng)形式。對于導(dǎo)入到MWORKS.Sysplorer中的模型進行一定的簡化處理之后，加上地面模型，得到最終的模型結(jié)構(gòu)。10傳感器模塊建模階段子系統(tǒng)-傳感器⑤四旋翼無人機模型中傳感器主要使用Modelica標準庫中相關(guān)組件，采用的主要傳感器模型有：絕對位置傳感器絕對速度傳感器11集成系統(tǒng)建模階段系統(tǒng)集成路徑規(guī)劃控制系統(tǒng)電機模型四旋翼模型傳感器12實踐操作實踐案例目標：搭建四旋翼無人機系統(tǒng)，并控制無人機跟蹤指定路徑飛行

任務(wù):將所需模型從Modelica標準庫中移植至四旋翼無人機模型庫；搭建路徑模型為螺旋上升，且模型能夠集成至系統(tǒng)中，并進行仿真；集成所有模塊使系統(tǒng)能正常仿真，比較目標飛行軌跡和實際飛行軌跡。14任務(wù)1：模型庫構(gòu)建目標：搭建四旋翼無人機系統(tǒng)，并控制無人機跟蹤指定路徑飛行

任務(wù):①將所需模型從Modelica標準庫中移植至四旋翼無人機模型庫；模型庫架構(gòu)系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成15任務(wù)2：路徑模型開發(fā)目標：搭建四旋翼無人機系統(tǒng)，并控制無人機跟蹤指定路徑飛行

任務(wù):②搭建路徑模型為螺旋上升，且模型能夠集成至系統(tǒng)中，并進行仿真；四旋翼無人機螺旋上升軌跡參數(shù)名稱值xampX方向輸出幅值3fxX方向頻率0.05TstartTime,xX方向開始時間10yampY方向輸出幅值3fyY方向頻率0.04TstartTime,yY方向開始時間10z方向Height:10

Duration:150

y方向x方向x、y方向位移輸入表達式如下：16任務(wù)3：系統(tǒng)集成并仿真目標：搭建四旋翼無人機系統(tǒng)，并控制無人機跟蹤指定路徑飛行

任務(wù):③集成所有模塊使系統(tǒng)能正常仿真，比較目標飛行軌跡和實際飛行軌跡；y_out[1:32]:

PosCom[1:3]Motor[1]Motor[2]Motor[3]Motor[4]PosMea: