四旋翼無(wú)人機(jī)———?jiǎng)恿W(xué)模型建立四旋翼無(wú)人機(jī)———?jiǎng)恿W(xué)模型建立目錄

一、無(wú)人機(jī)介紹及其原理

二、無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)模型

12目錄一、無(wú)人機(jī)介紹及其原理二、無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)模一、無(wú)人機(jī)介紹及其原理[Imageinformationinproduct]實(shí)物圖edtobeusedwithinthisPowerPointtemplateonly.Youmaynotextracttheimageforanyotheruse.四旋翼無(wú)人機(jī)一、無(wú)人機(jī)介紹及其原理[ImageinformationTextinhere1、旋翼對(duì)稱分布2、電機(jī)1.3與電機(jī)1.4的旋轉(zhuǎn)方向相反，用于平衡反扭矩。1.結(jié)構(gòu)形式四旋翼無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)形式圖Textinhere1、旋翼對(duì)稱分布1.結(jié)構(gòu)形式四旋翼無(wú)Textinhere2、工作原理（1）飛行器通過(guò)調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變旋翼轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。（2）只有四個(gè)輸入力，同時(shí)卻有六個(gè)狀態(tài)輸出，所以它又是一種欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。（a）垂直運(yùn)動(dòng)：同時(shí)增加四個(gè)電機(jī)的輸出功率，拉力增大，上升，反之同時(shí)減小而下降。（b）俯仰運(yùn)動(dòng)：電機(jī)1的轉(zhuǎn)速增加，電機(jī)3的轉(zhuǎn)速下降（改變量大小應(yīng)相等），電機(jī)2、4的轉(zhuǎn)速保持不變，繞y軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同理繞y軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。Textinhere2、工作原理（1）飛行器通過(guò)調(diào)節(jié)四個(gè)Textinhere（c）滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：與圖b俯仰運(yùn)動(dòng)，在圖c中，改變電機(jī)2、4的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)1、3的轉(zhuǎn)速不變，則可使機(jī)身繞x軸旋轉(zhuǎn)（正向和反向），實(shí)現(xiàn)飛行器的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（d）偏航運(yùn)動(dòng)：旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中由于空氣阻力作用會(huì)形成與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個(gè)旋翼中的一個(gè)對(duì)角兩個(gè)正轉(zhuǎn)，另一對(duì)角兩個(gè)反轉(zhuǎn)。Textinhere（c）滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：與圖b俯仰運(yùn)動(dòng)，Textinhere（e）前后運(yùn)動(dòng)：電機(jī)3轉(zhuǎn)速增加，使拉力增大，相應(yīng)電機(jī)1轉(zhuǎn)速減小，使拉力減小，同時(shí)保持其它兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，反扭矩仍然要保持平衡。（f）傾向運(yùn)動(dòng)：側(cè)向飛行的工作原理與前后運(yùn)動(dòng)完全一樣。Textinhere（e）前后運(yùn)動(dòng)：電機(jī)3轉(zhuǎn)速增加，使拉Textinhere二、無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)模型1.模型假設(shè)（1）無(wú)人機(jī)是剛體且對(duì)稱。（2）地面坐標(biāo)系為慣性坐標(biāo)系，重力加速度不隨飛行高度的變化而變化。（3）不計(jì)地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的影響。（4）4個(gè)螺旋槳軸與Z軸平行排列。（5）機(jī)體坐標(biāo)系原點(diǎn)與質(zhì)心一致。（6）忽略空氣阻力。Textinhere二、無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)模型1.模型假設(shè)（1Textinhere2.建模過(guò)程（1）四個(gè)螺旋槳軸與Z軸平行排列，升力分別為（2）地面坐標(biāo)系E(OXYZ)，機(jī)身坐標(biāo)系B(oxyz)，定義了3個(gè)歐拉角:橫滾角φ，俯仰角θ和偏航角ψ，分別表示機(jī)體繞x，y，z軸旋轉(zhuǎn)到X，Y，Z軸的角度，這3個(gè)角構(gòu)成飛行器的姿態(tài)角，如下圖。Textinhere2.建模過(guò)程（1）四個(gè)螺旋槳軸與Z軸Textinhere從上中可以得到機(jī)體坐標(biāo)系到地面坐標(biāo)系每個(gè)軸的轉(zhuǎn)換矩陣。Textinhere從上中可以得到機(jī)體坐標(biāo)系到地面坐標(biāo)系Textinhere此時(shí)機(jī)體坐標(biāo)系B到地面坐標(biāo)系E的轉(zhuǎn)換矩陣為:將式(1)～(3)代入式(4)中可得到式(5)在機(jī)體坐標(biāo)系下，飛行器的受力為:Textinhere此時(shí)機(jī)體坐標(biāo)系B到地面坐標(biāo)系ETextinhere將坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣(5)代入，可得到在地面坐標(biāo)系中飛行器的受力在地面坐標(biāo)系下，飛行器的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程為Textinhere將坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣(5)代入，可得到在地Textinhere對(duì)于飛行器的角位移運(yùn)動(dòng)方程，采用拉格朗日力學(xué)方法來(lái)推導(dǎo)飛行器的動(dòng)能表示為飛行器的勢(shì)能表示為Textinhere對(duì)于飛行器的角位移運(yùn)動(dòng)方程，采用拉格Textinhere由Lagrange方程，有L=T－V，取廣義坐標(biāo)其對(duì)應(yīng)的廣義力為:分別代入到Lagrange方程中，可得飛行器的角位移運(yùn)動(dòng)方程Textinhere由Lagrange方程，有LTextinhere定義四旋翼