无人机系统设计：动力学建模与控制技术解析

"2021_无人系统设计_第09讲_关于动力学建模b_修订1" 这门课程"2021_无人系统设计"是一门针对软件工程专业学生的专业实践类课程，旨在教授无人飞行系统的相关知识和技能。课程由上海交通大学软件学院提供，学分为3，总共有48个课时。参考教材是《认识飞行（第二版）》，由David F. Anderson和Scott Eberhardt撰写，周尧明和韩莲翻译。 课程内容丰富多样，主要涵盖以下几个方面： 1. 认识飞行：基于牛顿力学的基础，讲解作用力与反作用力的概念，以及刚体转动的原理，如转矩、陀螺效应和进动，这些都是大学物理中的基础知识。 2. 无人飞行系统：介绍飞行的基本原理，以及各种动力技术，例如螺旋桨和喷气式推进。学生将了解不同类型的无人飞行器，包括它们的工作机制和特点。 3. 控制技术：讲解飞行操纵原理，涉及机翼、襟翼、旋翼、尾桨和自动倾斜器的作用，以及电动机和舵机（通过PWM调制）作为作动器的角色。此外，还涵盖了各种传感器，如电子指南针、加速度计、陀螺仪、GPS、高度计，以及高速和全景相机等，这些是实现精确控制和导航的关键。 4. 飞行性能：建立飞行性能指标体系，探讨无人飞行器的稳定性、可靠性和易操作性。这些特性对于无人飞行器的设计和实际应用至关重要。 5. 认知验证实验：以4旋翼和固定翼模型机为例，让学生进行早期自由组合发现学习，通过实践加深理论理解。 6. 仿真技术：涵盖飞行器的动力学和运动学建模，利用Unity3D和MATLAB/Simulink等软件进行模拟。 7. 半实物仿真技术实践：通过无人AI战机模拟格斗对抗系统，结合Unity3D、MATLAB/Simulink、图像处理技术和人工智能AI技术，以及计算加速技术，进行实战训练。 8. 自由拓展设计：鼓励学生发挥想象力，结合所学知识进行理论设计，并尽可能进行实验验证。 9. 课程综合设计与答辩：最后，学生们将进行综合设计项目，并进行答辩，展示他们在整个课程中学到的知识和技能应用。 在飞行器建模部分，课程强调了飞机上主要的作用力，包括由机翼产生的升力、重力、推力（由发动机提供）以及由空气阻力（包括摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力和干扰阻力）产生的向后作用力。 通过这个课程，学生不仅能够掌握无人飞行系统的理论知识，还能通过实验和仿真技术获得实践经验，从而提升他们的专业能力和创新能力。