文档介绍：无人机控制系统研究现状摘要:介绍了目前无人机常用控制方法;描述无人机控制系统的系统组成、结构及相关硬件组成;对X型四旋翼无人机做了合理假设以及受力分析,推导并建立了X型四旋翼无人机全面的动力学数学模型,考虑了无人机平动、转动空气阻力,并且将转子、螺旋桨和机体看成多刚体系统。在机体坐标系下推导了电动机转子动力学方程。在Solidworks软件中,建立了无人机实物模型以获得无人机惯性参数。采用四元数进行姿态解算从而避免产生奇点。直接以四元数作为反馈控制量,设计出多通道双回路矢量PD控制系统。最后以Matlab/Simulink为平台,分别对四元数反馈控系统和欧拉角反馈控制系统进行对比控制仿真。从仿真结果来看,这两种反馈模式都能对无人机模型进行位置、姿态跟踪等控制,但是四元数反馈控制系统具有过渡时间短、计算量少以及无奇点产生的优点。关键词:控制方法;X型四旋翼;多刚体系统;四元数;PDResearchStatusOfUAVControlSystemAbstract:moncontrolmethodsofunmannedaerialvehicle(UAV),icmodelofX-typequadrotorisestablishedandsimulated,themodeltreatsrotors,propellersandtheaircraftbodyasamulti-rigid--channel-double--loopsystemissimulatedonMatlab/Simulink,parisonofsimulationresultsbetweenquaternionfeedbackcontrollerandeulerfeedbackcontrolleraremade,shortertransitiontime,lesscalculationandnon-singularityisobservedduringsimulation..Keywords:ControlMethods;X-typeQuadrotor;Multi-rigid-bodysystem;Quaternion;PD0引言无人驾驶飞机简称“无人机”,是利用无线电遥控设备和程序控制装置操纵的无人飞机。机上没有驾驶舱,但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备,对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空,也可由母机带到空中投放飞行。回收时,可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆,也可通过遥控用降落伞或拦网回收。可反覆使用多次。广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。目前国内外学者基于所建立的十字型微小型四旋翼无人机数学模型[1],提出了多种控制算法,做出了多种尝试。精确地四旋翼无人机数学模型对控制算法实际应用具有重大的指导意义。然而在对无人机建模时,一些文献忽略飞行过程中空气阻力的影响;另一些文献则认为在小角度情况下认为欧拉角速度等于机体角速度[2][3]。而最主要的是,大多数文献将无人机看成完全对称的单刚体并且没有考虑电机角加速度的影响,这种对称简化弱化了无人机三维转动之间的耦合以及螺旋桨转子的陀螺效应;从而降低了控制器的控制性能。本文将机体、电机转子以及螺旋桨看成多刚体系统,在SolidWorks软件中建立X型四旋翼无人机三维实物模型,并从中获取其惯性参数。从刚体动力学原理出发建立了较为全面的无人机数学模型。用四元数进行姿态解算,设计了四元数反馈模式矢量PD控制系统。成功实现对四旋翼无人机的位置、姿态的控制。1无人机的及系统组成与功能[4]、机上无人驾驶的航空器。、任务载荷、数据链、指挥控制、发射与回收、保障与维修等分系统组成,各分系统组成和功能如下:①无人机平台分系统:包括机体、动力装置、飞行控制与导航子系统等;无人机平台分系统是执行任务的载体,它携带任务载荷,飞行至目标区域完成要求的任务。②任务载荷分系统:信息支援、信息对抗、火力打击等;任务载荷分系统完成要求的信息支援、信息对抗、火力打击等任务。③数据链分系统:无线电遥控/遥测设备、信息传输设备、中继转发设备等;数据链分系统通过上行信道,实现对无人机的遥控;通过下行信道,