四旋翼无人机的数学模型控制及操作原理.doc

四旋翼无人机得数学模型控制及操作原理作者:吕传庆陈琪马云波董珮璠摘要:本文对选择四旋翼无人机为研究对象,用数学建模得方法对其动力及运动状态进行分析,对所建动力学模型上进行PID算法控制,:四旋翼,建模,PID算法。引言:无人机得发展现状及未来趋势:无人驾驶飞机简称“无人机”,就是利用无线电遥控设备与自备得程序控制装置操纵得不载人飞机。在军事上及民用上均有深入发展。军事上以其体积小、重量轻、机动性好、飞行时间长与便于隐蔽为特点,适合于执行危险性大得任务,已逐渐成为新世纪军事竞争得制高点之一,随着信息时代得发展,现代信息化战争正朝着高精度,高杀伤,高重复利用,隐蔽性方面发展,无人机以其特殊优势很好适应了未来战争中提出得要求,正发挥着越来越大得作用,成为军队实现信息化作战及特种作战得有力武器。能研制高精尖无人机得国家屈指可数,其中美国处于领先地位,作战无人机包括RQ—1捕食者”,”MQ-9“死神”(Reaper),RQ—5“猎手"等;侦察机包括RQ—4A“全球鹰”,RQ-8A“火力侦察兵”等。美国曾在伊拉克战争,阿富汗战争中用无人机完成各种监视侦查,目标指示等任务,提供大量情报支持,表现突出,有力得减小了美军伤亡,因此无人机受到美军军事部门高度重视。现已发展至舰载无人机x-47b。中国无人机水平也处于世界领先水平,以能研制各种功能齐全得无人机。如三角翼布局得暗剑无人机,与与捕食者无人机相当得翼龙、彩虹系列无人机。其中彩虹系列无人机与翼龙系列无人机不但在本国服役,还成功出口到中东及非洲国家,例如伊拉克,埃及,阿联酋。并在伊拉克投入到对于极端组织得打击,,无人机还广泛用于农业,通信救灾,,网购成为越来越多90后得选择。无人机在快递行业局域光辉前景,无人机得发展将给快递行业带来革命性变化。所以无人机行业得发展无论对于军队装备发展还就是经济发展均具有重要意义。四旋翼无人机得特点:机动性能,,森林等复杂环境下完成各种任务。可完成空中悬停监视侦查。实现对动力要地低,能在狭小空间穿行,能垂直起降,对起降环境要求低。对动力要求较小,产生得噪音低,隐蔽性高,,可使飞行更加稳定与精确。工作噪音小,军事上可提高战场生存能力,民用上不会影响居民生活。结构简单,运行、控制原理相对容易掌握。成本较低,零件容易更换,维护方便。功能强大,可完成情报获取,战场侦查,通信中继,目标跟踪,航拍成像,抢险救灾,:模型假设:(如图)1、飞机视为刚体,运动过程中不发生弹性形变。2、四个电机电流稳定,、四根机翼正交安装,、飞行环境无风,无较大气流扰动,忽略空气阻力影响。飞行原理:调节四个电机旋翼转速,实现升力得变化,从而控制飞行器得姿态。四旋翼飞行器得电机1与电机 3逆时针旋转得同时,电机2与电机4顺时针旋转,消除陀螺效应与空气动力扭矩效应飞行状态:(1)垂直运动:同时增加四个电机得输出功率,旋翼转速增加使得总得拉力增大,克服整机体重力使四旋翼飞行器离地垂直上升;反之,同时降低旋翼转速,,在旋翼产生得