给出水下航行器的六自由度运动模型matlab代码数值解,且用欧拉角表示其姿态,同时采用四阶四阶龙格库塔法求解
时间: 2024-03-21 17:39:18 浏览: 139
四阶龙格库塔法,改进欧拉法,欧拉法附matlab代码.zip
好的,以下是水下航行器的六自由度运动模型matlab代码数值解,采用欧拉角表示其姿态,同时采用四阶龙格库塔法求解。
```matlab
% 水下航行器的六自由度运动模型matlab代码数值解
% 采用欧拉角表示其姿态,同时采用四阶龙格库塔法求解
% 初始化
clear all; clc;
% 参数设定
m = 1000; % 质量
Ixx = 1000; Iyy = 2000; Izz = 3000; % 惯性矩
xg = 0; yg = 0; zg = 0; % 重心坐标
g = 9.81; % 重力加速度
rho = 1025; % 水密度
V = 10; % 速度
Cd = 0.5; % 阻力系数
A = 10; % 参考面积
L = 100; B = 50; H = 20; % 长、宽、高
x0 = [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]; % 初始状态
tf = 60; % 结束时间
h = 0.1; % 步长
% 欧拉角转换矩阵
function [R] = euler2rot(phi,theta,psi)
Rz = [cos(psi) -sin(psi) 0; sin(psi) cos(psi) 0; 0 0 1];
Ry = [cos(theta) 0 sin(theta); 0 1 0; -sin(theta) 0 cos(theta)];
Rx = [1 0 0; 0 cos(phi) -sin(phi); 0 sin(phi) cos(phi)];
R = Rz*Ry*Rx;
end
% 运动方程
function [xdot] = motion(t,x,m,Ixx,Iyy,Izz,xg,yg,zg,g,rho,V,Cd,A,L,B,H)
% 状态变量的定义
u = x(1); v = x(2); w = x(3);
phi = x(4); theta = x(5); psi = x(6);
p = x(7); q = x(8); r = x(9);
x = x(10); y = x(11); z = x(12);
% 计算欧拉角转换矩阵
R = euler2rot(phi,theta,psi);
% 计算速度
Vx = R*[u v w]';
Vx = Vx';
% 计算阻力
D = 0.5*rho*Cd*A*norm(Vx)*Vx;
% 计算浮力
Fb = [0 0 rho*g*V];
% 计算力矩
M = [B*H*(rho*V*norm(Vx))^2*sign(Vx(1)) 0 0]';
% 计算加速度
a = (Fb'+D')/m + [0 0 -g]';
% 计算角加速度
I = [Ixx 0 0; 0 Iyy 0; 0 0 Izz];
omega = [p q r]';
omega_dot = inv(I)*(M-cross(omega,I*omega));
% 计算状态量的变化率
udot = a(1); vdot = a(2); wdot = a(3);
phidot = p + tan(theta)*(q*sin(phi) + r*cos(phi));
thetadot = q*cos(phi) - r*sin(phi);
psidot = (q*sin(phi) + r*cos(phi))/cos(theta);
pdot = omega_dot(1); qdot = omega_dot(2); rdot = omega_dot(3);
xdot = Vx;
xdot(1) = udot; xdot(2) = vdot; xdot(3) = wdot;
xdot(4) = phidot; xdot(5) = thetadot; xdot(6) = psidot;
xdot(7) = pdot; xdot(8) = qdot; xdot(9) = rdot;
xdot(10) = u; xdot(11) = v; xdot(12) = w;
end
% 四阶龙格-库塔法
function [x_next] = RK4(t,x,h,m,Ixx,Iyy,Izz,xg,yg,zg,g,rho,V,Cd,A,L,B,H)
k1 = motion(t,x,m,Ixx,Iyy,Izz,xg,yg,zg,g,rho,V,Cd,A,L,B,H);
k2 = motion(t+h/2,x+h*k1/2,m,Ixx,Iyy,Izz,xg,yg,zg,g,rho,V,Cd,A,L,B,H);
k3 = motion(t+h/2,x+h*k2/2,m,Ixx,Iyy,Izz,xg,yg,zg,g,rho,V,Cd,A,L,B,H);
k4 = motion(t+h,x+h*k3,m,Ixx,Iyy,Izz,xg,yg,zg,g,rho,V,Cd,A,L,B,H);
x_next = x + h*(k1+2*k2+2*k3+k4)/6;
end
% 主程序
t = 0;
x = x0;
while t < tf
x_next = RK4(t,x,h,m,Ixx,Iyy,Izz,xg,yg,zg,g,rho,V,Cd,A,L,B,H);
x = x_next;
t = t + h;
end
```
希望能对你有所帮助!
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