无人机控制系统：坐标系与坐标变换详解

"该资源是关于无人机自主控制实验室的第二部分课件，主要涉及飞行器系统建模与参数测量。内容涵盖了机体坐标系与惯性坐标系的关系，以及相关的坐标变换理论，包括欧拉角定义、转换矩阵和状态空间模型等基础知识。" 在无人机自主控制领域，理解和应用坐标系与坐标变换是至关重要的。本课件详细讲解了飞行器系统建模的基础，特别是机体坐标系和惯性坐标系之间的关系。机体坐标系通常是以无人机为中心建立的，而惯性坐标系则是相对于地球固定的一个参考系。这两种坐标系在实际飞行控制中起到桥梁作用，帮助我们准确描述无人机的姿态、位置和运动。 欧拉角是描述机体坐标系与惯性坐标系之间关系的关键参数，包括滚转角Φ、俯仰角θ和偏航角ѱ。滚转角表示无人机围绕机体轴的旋转，俯仰角衡量机体轴与地平面的角度，而偏航角则定义了机体轴在水平面上相对于北方的偏转。 课件中提到了转换矩阵，这是进行坐标变换的核心工具。转换矩阵\( M_{eb} \)用于将机体坐标系下的量转换到惯性坐标系或反之。这种转换对于计算无人机的实际运动轨迹和执行控制指令至关重要。 此外，课件还介绍了WGS84坐标系，这是一个全球通用的地理坐标系统，以及北东地(NED)坐标系，常用于描述无人机的地理位置和速度。速度和角速度分别在NED坐标系和机体坐标系下被定义，这有助于实现对无人机的动态控制。 最后，课件简要提及了状态空间模型，这是控制系统理论中的基本概念，分为代数系统和动力学系统。状态空间模型通过微分方程描述系统的动态行为，是设计控制器的基础。 该课件深入浅出地介绍了无人机控制中的关键数学工具和概念，为理解飞行器的动态行为和控制系统设计提供了坚实的基础。无论是对无人机研究者还是从业者，都是一个宝贵的学习资料。