以利用计算机科学计算的精准和可靠,同时还能呈现真实的仿真效果,对解决现
实问题非常有意义和作用,该技术同时具备强大的交互性利于开发人员更改参数。
但同时计算机仿真也有其很难解决的局限性,这类仿真问题一般涉及了大量繁琐
复杂令人难以看懂的数学和物理公式用计算机处理这些庞大的数据的结果也大
都复杂晦涩,但是仿真实验需要实时数据的反馈和显示,所以在利用计算机可以
高速处理数据运算的同时,如何减少复杂的物理量是每个仿真课题的关键。
Simulink 是 MATLAB 众多功能模块中的一种直观简单的仿真工具,是一种基
于 MATLAB 的框图设计环境
[1]
。在该环境中,不需要你是物理系或者数学系的学
生书写大量复杂繁琐的程序,只要你理解研究对象的受力状态建立正确的数学方
程,在 Simulink 中找到相应的功能模块,把它们连在一起,就可以构造出复杂
的仿真系统,观测实验结果。这种对初学者非常友好的开发模式大大简化了仿真
的步骤,缩短了构建仿真模型的时间,提高了建模效率,模型简单易懂。同时
simulink 提供大量专业的功能模块便于用户设计解决专业类仿真问题,把开发
者从大量的数字和函数的调用中解脱出来,是在如今非常流行的仿真方法之一
[2]
。
本文通过收集、鉴别、整理文献、并通过对文献的研究、了解研究现状、Simulink
开发建模仿真、PID 控制、矩阵、线性代数相关知识,无人机飞行原理和力矩相
关知识等建模仿真技术以及相关开发设计。
1.3 本文工作与组织结构
本文以小型四旋翼无人机为研究对象,对其飞行坐标和姿态角曲线变化进行
仿真这一需求展开研究。讨论了如何用矩阵的线性变换来达到机体坐标系到地面
坐标系的转换。在相关物理定律的基础上,建立关于无人机飞行状态的动力学模
型,分析动力学模型后构建无人机受力的数学方程,把仿真问题数字化解决,在
搭建模型过程中,深入研究了对小型四旋翼无人机飞行的控制方法,在实验中不
断改进模型直到测试结果与实验预测基本相同。
本文重点在小型四旋翼无人机的飞行仿真设计,整个飞行仿真设计的难点在
于如何在相关物理定律的基础上建立关于小型四旋翼无人机的动力学模型和构
建数学方程,关于本课题所做出的研究和主要工作如下:
第一章是绪论,描述了当下社会关于无人机研究的发展情况和小型无人机应
对当今自然灾害时能起到的重要性和关键性,分析了无人机的特点,说明了小型
无人机在处理危机时可以替代人类的优势,然后详细总结了在搭建模型实验过程
中会遇到的困难和对应解决的思路。
第二章为描述无人机的总体结构,解释无人机的飞行原理和飞行姿态。