科学计算语言Julia及MWORKS实践 课件 31-四旋翼无人机的路径跟踪

四旋翼无人机模型讲解目标：构建四旋翼无人机系统，并控制无人机跟踪指定路径飞行建模仿真流程2本体组成：机架、电机、飞控板、螺旋桨、电池、遥控器等运动原理需求阶段系统分析3

系统原理系统分析需求阶段

②①③④⑤②4模型库架构系统组成需求阶段系统分解②③④⑤5②③④⑤机械相关模型：Modelica.Mechanics传感相关模型：Modelica.Mechanics电气相关模型：Modelica.Electrical

控制相关模型：Modelica.Blocks信号相关模型：Modelica.Blocks所有模型组件均可使用Modelica标准库建模阶段模型筛选6子系统-路径规划①四旋翼无人机路径规划模块-螺旋爬升轨迹建模阶段通过MWORKS设计无人机x、y、z三个方向位置随时间的变化规律。X：y：z：7控制系统模型建模阶段子系统-控制系统②只考虑角度反馈信号和位置反馈信号，因此对于姿态控制和位置控制均采用的单PID控制。8电机驱动模型建模阶段子系统-电机模型③主要建模对象：四旋翼无人机的直流电机。本方案拟采用的是一种位置伺服的直流电机，在建模时采用Modelica标准库中的相关组件进行一定处理后，得到最终的电机模型。9四旋翼刚体动力学模型建模阶段子系统-四旋翼模型④通过MWORKS.Sysplorer的软件插件将Solidworks绘制的三维实体导入到MWORKS.Sysplorer软件中，简化了通过方程进行建模的传统形式。对于导入到MWORKS.Sysplorer中的模型进行一定的简化处理之后，加上地面模型，得到最终的模型结构。10传感器模块建模阶段子系统-传感器⑤四旋翼无人机模型中传感器主要使用Modelica标准库中相关组件，采用的主要传感器模型有：绝对位置传感器绝对速度传感器11集成系统建模阶段系统集成路径规划控制系统电机模型四旋翼模型传感器12实践操作实践案例目标：搭建四旋翼无人机系统，并控制无人机跟踪指定路径飞行

任务:将所需模型从Modelica标准库中移植至四旋翼无人机模型库；搭建路径模型为螺旋上升，且模型能够集成至系统中，并进行仿真；集成所有模块使系统能正常仿真，比较目标飞行轨迹和实际飞行轨迹。14任务1：模型库构建目标：搭建四旋翼无人机系统，并控制无人机跟踪指定路径飞行

任务:①将所需模型从Modelica标准库中移植至四旋翼无人机模型库；模型库架构系统组成系统组成15任务2：路径模型开发目标：搭建四旋翼无人机系统，并控制无人机跟踪指定路径飞行

任务:②搭建路径模型为螺旋上升，且模型能够集成至系统中，并进行仿真；四旋翼无人机螺旋上升轨迹参数名称值xampX方向输出幅值3fxX方向频率0.05TstartTime,xX方向开始时间10yampY方向输出幅值3fyY方向频率0.04TstartTime,yY方向开始时间10z方向Height:10

Duration:150

y方向x方向x、y方向位移输入表达式如下：16任务3：系统集成并仿真目标：搭建四旋翼无人机系统，并控制无人机跟踪指定路径飞行

任务:③集成所有模块使系统能正常仿真，比较目标飞行轨迹和实际飞行轨迹；y_out[1:32]:

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