[发明专利]一种四旋翼无人机的仿真控制方法

说明书

本公开是关于一种四旋翼无人机的仿真控制方法。其中，该方法包括：基于预设三维建模软件建立四旋翼无人机的三维物理模型，并转化为预设仿真软件的仿真模型；定义并添加所述仿真模型中四旋翼无人机零部件的末端位姿信号及关节信号，并基于所述四旋翼无人机的数学模型对所述仿真模型的参数进行修正；基于预设仿真软件设计串级PID算法实现对所述仿真模型中四旋翼无人机的仿真控制。本公开通过设计控制四旋翼无人机姿态与位置的串级PID算法模块，采用Simulink模块将算法与SimMechanics仿真模型结合，实现四旋翼无人机的运动控制与仿真，可以简化四旋翼无人机开发流程，便于验证控制算法，节省开发时间。

技术领域

本公开涉及无人机仿真控制领域，具体而言，涉及一种四旋翼无人机的仿真控制方法、装置、电子设备以及计算机可读存储介质。

背景技术

四旋翼无人机由于其体积小，质量轻，环境友好，操作简便，控制容易等特点，得到了国内外科研机构的青睐，并且取得了丰硕的成果。目前，四旋翼无人机在民用、军事和商业领域都得到了广泛的投入与使用，例如将无人机用于植保、航拍、巡线以及侦察营救等等。

现有技术中，对四旋翼无人机的研究大多是首先建立数学模型，然后设计或改进控制系统，从而实现四旋翼无人机的建模与仿真分析。然而，由于四旋翼无人机本身是一个相对比较复杂的运动学与动力学系统，搭建一个准确的数学模型是很困难的，一般都要先对系统做出一些假设，在系统假设的前提下，才可以进行受力分析，模型搭建；假设一旦不准确，就会产生较大的误差；而且数学模型仿真一般有转动惯量，阻力距这些并不直观的参数，也需要去网上进行查找或者根据自己所建立的数学模型进行计算；而且四旋翼无人机的控制模型一般是非常复杂多变的。如果使用matlab的插件，SimMechanics仿真平台就不需要再去推导无人机的数学模型和查找各个主要参数；仅需要建立三维立体模型，并提前设置好材料属性和质量；建立模型更加贴切符合实际需求，迭代开发迅速，更新模型快；通过与Simulink模块无缝衔接，使得系统控制简单直观方便，功能强大。

SimMechanics是MATLAB6.5新增加的机构系统模块集，可以对各种通过运动副连接的刚体进行运动学仿真，从而对机构系统进行分析与设计。它内部自带的坐标系、铰链约束模块、刚体模块、辅助工具模块等可以方便的建立机构的动画模型，并且实现约束与动力力矩的添加与仿真。由于SimMechanics插件是MathWorks公司在2002年发布的，经过多年的发展，使用SimMechanics平台进行多种结构和机械设备的仿真已经成为常态。比如《基于SimMechanics的六自由度机械臂仿真研究》提出了由于机械臂的数学模型建立与推导复杂，因此基于SimMechanics建立了ER10三维模型并导入到MATLAB/SimMechanics平台，完成了仿真模型的搭建；通过在机械臂模型添加末端位姿信号与各个关节信号，实现了对机械臂运动学和动力学的全面分析。《基于SimMechanics的两轮机器人建模与仿真》省略了运动机构数学模型的建立与推导过程，基于SimMechanics设计了两轮机器人机电系统，并进行了建模与运动控制仿真分析，得出：利用Simulink/SimMechanics模块建模与仿真可以避免推导复杂的运动学和物理力学公式，有力的提高运动机构系统建模的效率。从这两篇文章可知，使用SimMechanics仿真机械臂和两轮机器人成为可能，但是并没有涉及到需要添加复杂控制的系统，仅限于对机械结构的动力学仿真并在SimMechanics的模型系统中添加末端位姿信号与各个关节信号；《仿生足式机器人综合仿真策略》是将SimMechanics与ADAMS结合来仿真足式机器人步态，该方法主要在于将SimMechanics的模型放到ADAMS中进行可视化，也没有涉及到复杂的控制方法。

因此，需要一种或多种方法解决上述问题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容