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第3章-面向協同控制的無人機單機控制

• • 3.1 無人機運動建模
  • • 3.1.1 參考坐標系
    • 3.1.2 運動參數
    • 3.1.3 無人機運動方程
  • 3.2 無人機飛行控制系統設計
  • • 3.2.1 飛行控制系統的基本設計思路
    • 3.2.2 飛行控制系統功能組成
  • 3.3 縱向回路控制律設計
  • • 3.3.1 PID 控制算法
    • 3.3.2 俯仰角控制律設計
    • 3.3.3 高度保持/控制模態控制律設計
    • 3.3.4 速度保持/控制模態設計
  • 3.4 橫側向回路控制律設計
  • • 3.4.1 姿態穩定與控制
    • 3.4.2 航向保持/控制模態控制律設計
  • 3.5 仿真結果
  • 3.6 本章小結

3.1 無人機運動建模

3.1.1 參考坐標系

地面坐標軸系 $S_g$
機體坐標軸系 $S_b$
氣流坐標軸系 $S_a$
穩定性坐標軸系 $S_s$

一般來說，任何一組直角坐標系相對于另一組直角坐標系的方位，都可以由歐拉角來確定。

例子：地面坐標軸系和機體坐標軸系的轉換

假設經過坐標平移，兩坐標軸系的原點重合于無人機的重點 $O$ 點，然后經過三次旋轉來實現兩坐標軸系之間的變換。

3.1.2 運動參數

姿態角，又叫歐拉角，由機體坐標軸系 $S_b$ 與地面坐標軸系 $S_g$ 確定，包含：

偏航角 $\psi$

俯仰角 $\theta$

滾轉角 $\Phi$

氣流角又稱氣動角，由飛行速度向量與機體坐標軸系 $S_b$ 確定，包含：

迎角 $\alpha$

測滑角 $\beta$

航跡角，由氣流坐標軸系 $S_a$ 與地面坐標軸系 $S_g$ 之間的關系確定的。

航跡傾斜角 $\mu$

航跡方位角 $?$

航跡滾轉角 $\gamma$

另外，還包含以下變量符號：
$u、v、w$ : 無人機在靜止空氣中的飛行速度向量在機體坐標軸系 $S_b$ 中的分量；

$p、q、r$ : 無人機角速度在機體坐標軸系 $S_b$ 中的分量，分別為滾動角速度、俯仰角速度和偏航角速度；

$D、L、C$ : 無人機所受空氣動力在機體坐標軸系 $S_b$ 中的分量，分別為阻力、升力和側力；

$L、M、N$ : 無人機所受空氣動力矩在機體坐標軸系 $S_b$ 中的分量，分別為滾動力矩、俯仰力矩和偏航力矩；

$T$ : 無人機發動機的推力；

$m$ : 無人機及其載荷的質量。

3.1.3 無人機運動方程

無人機在合外力作用下的線運動方程式為：
$$\sum F=\frac{d}{dt}(mv)$$

無人機在合外力矩作用下的角運動方程式為：
$$\sum M=\frac{d}{dt}H$$

以機體坐標系為動坐標系，建立動力學方程式：
$$$$

3.2 無人機飛行控制系統設計

3.2.1 飛行控制系統的基本設計思路

3.2.2 飛行控制系統功能組成

3.3 縱向回路控制律設計

3.3.1 PID 控制算法

3.3.2 俯仰角控制律設計

3.3.3 高度保持/控制模態控制律設計

3.3.4 速度保持/控制模態設計

3.4 橫側向回路控制律設計

3.4.1 姿態穩定與控制

3.4.2 航向保持/控制模態控制律設計

3.5 仿真結果

3.6 本章小結

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的【控制】《多无人机协同控制技术》周伟老师-第3章-面向协同控制的无人机单机控制的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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