[發明專利]一種基于無人機的建模方法及系統

有效

• 申請號: 201811414516.5
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109635376B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 王元超;王延東;李艷輝;張濤;陸振玉;馬經緯
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛良

本申請涉及無人機技術領域，具體公開一種基于無人機的建模方法及系統，包括：分解無人機為不同部分，獲取所述無人機的特征參數，通過對所述不同部分進行受力分析建立狀態方程組，獲取所述升降副翼的翼舵偏角以及所述無人機中發動機推力和PWM的對應關系；根據所述翼舵偏角以及所述無人機的發動機推力和所述PWM對應關系建立控制輸入模型；根據所述狀態方程組和所述控制輸入模型建立所述無人機的控制模型。該方法基于理論計算和飛行試驗為基礎，在飛機結構特征參數物理可測、控制輸入模型可線性擬合等前提下，快速、準確、低成本的完成動力學建模，可為微型飛翼無人機的飛行控制系統設計提供理論依據。

技術領域

本申請涉及無人機技術領域，特別涉及一種基于無人機的建模方法及系統。

背景技術

近年來消費級無人機日益普及，無人機的樣式也不勝枚舉。無人機中的一種微型飛翼無人機，因其重量輕、體積小、成本低、投放和回收方便、便于維護等特點，成了無人機愛好者新寵；并且這類飛翼無人機具有在城市、山區等低空復雜環境快速飛行的獨特優勢，得到了越來越多的關注。但是這類無人機始終無法擺脫遙控器的束縛，究其原因，此類微型飛翼無人機動力學建模還沒有完備的體系。

建立無人機動力學模型需要相關氣動參數，微型飛翼無人機因空間結構有限、集成化程度較高等自身特點，決定了其成本不會太高。常規風洞試驗獲取氣動參數的方法勢必會增加研發成本和設計周期。因此，此類無人機現有的建模中往往存在著精確度和成本相關方面的矛盾。

發明內容

有鑒于此，本申請實施例提供一種基于無人機的建模方法及系統，以解決現有技術中微型無人機在動力學建模時不能在不增加成本的情況下，提高建模精確度的問題。

本申請實施例第一方面提供了一種基于無人機的建模方法，所述建模方法包括：

分解無人機為不同部分，獲取所述無人機的特征參數，其中，所示特征參數包括所述不同部分的特征參數。

通過對所述不同部分進行受力分析建立狀態方程組，其中，所述不同部分包括主機翼、升降副翼、翼梢小翼以及機身。

獲取所述升降副翼的翼舵偏角以及所述無人機中發動機推力和PWM的對應關系。

根據所述翼舵偏角以及所述無人機的發動機推力和所述PWM對應關系建立控制輸入模型。

根據所述狀態方程組和所述控制輸入模型建立所述無人機的動力學模型。

可選地，在本申請提供的另一實施例中，所述特征參數包括結構特征參數和性能特征參數，相應地，所述獲取所述無人機的特征參數，包括：

獲取所述主機翼、所述升降副翼以及所述翼梢小翼的面積、升力系數以及阻力系數；獲取所述機身的阻力系數因子；獲取所述無人機附加阻尼系數因子。

可選地，在本申請提供的另一實施例中，所述通過對所述不同部分進行受力分析建立狀態方程組，包括：

對所述不同部分進行受力分析，根據所述特征參數分別計算所述主機翼、所述升降副翼、所述翼梢小翼以及所述機身在機體坐標系下產生的力和力矩；計算所述機體坐標系下重力產生的力和力矩，以及所述無人機中的發動機產生的推力和推力矩；根據上述兩個步驟計算的力和力矩、推力以及推力矩建立力學方程組、力矩方程組、運動方程組以及導航方程組。

可選地，在本申請提供的另一實施例中，所述獲取所述升降副翼的翼舵偏角以及所述無人機中發動機推力和PWM的對應關系，包括：

在所述無人機上電后，在PWM范圍內對PWM波進行均勻采樣；測量與所采樣的PWM波對應的升降副翼的翼舵偏角，以及所述無人機中發動機推力和PWM的對應關系。

可選地，在本申請提供的另一實施例中，所述根據所述翼舵偏角以及所述無人機的發動機推力和所述PWM對應關系建立控制輸入模型，包括：