科學(xué)計(jì)算語(yǔ)言Julia及MWORKS實(shí)踐 課件 31-四旋翼無(wú)人機(jī)的路徑跟蹤

四旋翼無(wú)人機(jī)模型講解目標(biāo)：構(gòu)建四旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，并控制無(wú)人機(jī)跟蹤指定路徑飛行建模仿真流程2本體組成：機(jī)架、電機(jī)、飛控板、螺旋槳、電池、遙控器等運(yùn)動(dòng)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(kù)架構(gòu)系統(tǒng)組成需求階段系統(tǒng)分解②③④⑤5②③④⑤機(jī)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(hào)相關(guān)模型：Modelica.Blocks所有模型組件均可使用Modelica標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)建模階段模型篩選6子系統(tǒng)-路徑規(guī)劃①四旋翼無(wú)人機(jī)路徑規(guī)劃模塊-螺旋爬升軌跡建模階段通過(guò)MWORKS設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)x、y、z三個(gè)方向位置隨時(shí)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(hào)和位置反饋信號(hào)，因此對(duì)于姿態(tài)控制和位置控制均采用的單PID控制。8電機(jī)驅(qū)動(dòng)模型建模階段子系統(tǒng)-電機(jī)模型③主要建模對(duì)象：四旋翼無(wú)人機(jī)的直流電機(jī)。本方案擬采用的是一種位置伺服的直流電機(jī)，在建模時(shí)采用Modelica標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的相關(guān)組件進(jìn)行一定處理后，得到最終的電機(jī)模型。9四旋翼剛體動(dòng)力學(xué)模型建模階段子系統(tǒng)-四旋翼模型④通過(guò)MWORKS.Sysplorer的軟件插件將Solidworks繪制的三維實(shí)體導(dǎo)入到MWORKS.Sysplorer軟件中，簡(jiǎn)化了通過(guò)方程進(jìn)行建模的傳統(tǒng)形式。對(duì)于導(dǎo)入到MWORKS.Sysplorer中的模型進(jìn)行一定的簡(jiǎn)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(wú)人機(jī)模型中傳感器主要使用Modelica標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中相關(guān)組件，采用的主要傳感器模型有：絕對(duì)位置傳感器絕對(duì)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(jī)模型四旋翼模型傳感器12實(shí)踐操作實(shí)踐案例目標(biāo)：搭建四旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，并控制無(wú)人機(jī)跟蹤指定路徑飛行

任務(wù):將所需模型從Modelica標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中移植至四旋翼無(wú)人機(jī)模型庫(kù)；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(jìn)行仿真；集成所有模塊使系統(tǒng)能正常仿真，比較目標(biāo)飛行軌跡和實(shí)際飛行軌跡。14任務(wù)1：模型庫(kù)構(gòu)建目標(biāo)：搭建四旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，并控制無(wú)人機(jī)跟蹤指定路徑飛行

任務(wù):①將所需模型從Modelica標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中移植至四旋翼無(wú)人機(jī)模型庫(kù)；模型庫(kù)架構(gòu)系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成15任務(wù)2：路徑模型開(kāi)發(fā)目標(biāo)：搭建四旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，并控制無(wú)人機(jī)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(jìn)行仿真；四旋翼無(wú)人機(jī)螺旋上升軌跡參數(shù)名稱(chēng)值xampX方向輸出幅值3fxX方向頻率0.05TstartTime,xX方向開(kāi)始時(shí)間10yampY方向輸出幅值3fyY方向頻率0.04TstartTime,yY方向開(kāi)始時(shí)間10z方向Height:10

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y方向x方向x、y方向位移輸入表達(dá)式如下：16任務(wù)3：系統(tǒng)集成并仿真目標(biāo)：搭建四旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，并控制無(wú)人機(jī)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(biāo)飛行軌跡和實(shí)際飛行軌跡；y_out[1:32]:

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