四旋翼无人机的动力学模型

    1.四旋翼无人机UAV(unmanned aerial vehicles)简介

    四旋翼无人机是一种能够垂直起降的非共轴的多旋翼飞行器，同一对角线上的一组旋翼采用逆时针旋转，另一组旋翼采用顺时针旋转，相互抵消了旋翼旋转带来的反扭矩力，通过调节对称分布的四个旋翼转速，可以不断改变无人机的位置，实现对飞行姿态的控制，比如悬停、俯仰、升降和横滚运动。无人机有4个输入（4个电机），6个输出（上下移动、左右移动和横滚耦合在一起），所以无人机控制系统是一个四输入六输出的欠驱动系统。根据四轴运动方式的不同，可将无人机分为“+”型和“×”型。本次采用“+”型结构，并运用牛顿第二定律及欧拉方程来建立动力学模型。     

    2.导航坐标系E（X e, Y e, Z e ）和机体坐标系B（X b ,Y b ,Z b ）。

    导航坐标系用于研究无人机相对于地面的运动状态，确定机体的空间位置坐标。它忽略地球曲率，即将地球表面假设成一张平面。按选取方法的不同，通常按“东、北、天”或按“北、东、地”为顺序构成右手直角坐标系。

    机体坐标系则是固定在无人机上，时刻随着无人机的运动而运动。通常用于研究飞机的转动。