大型四旋翼飞行器的建模与控制 外文翻译

控制工程实践 18 (2010)691-699

中更详细地在第3.2和3.3进行讨论。

3.2.俯仰和横滚转子阻尼

一个四旋翼必然有它的桅杆和COG之间的水平位移。当工艺辊和间距，所述转子出现垂直速度，从而导致在流入角的变化。从Prouty（2002年，P101），CT可以与垂直速度，Vc的，CT/??vi?Vc?a??????tip? （12） 4??r??其中a是翼型极性升力斜率，

?tip为在转子的尖端的几何叶片角，VI是通过转子的感应速度，

和?是叶片的表面面积的盘的比的坚固性和转子盘的区域。所添加的电梯，由于在叶片增

加流速大小是相对于在流动角变化的影响小，因此被忽略。 极性升降机斜率是本身攻击的转子叶片角，一个的函数。它是为一些翼型件高度非线性等的关系，可以更好地表示为围绕一组点，CT0：

CTi?CT0??CTi (13)

其中的?CTi是由流入条件改变的变化。方程（12），这被写为

?CTi??a0??v???di?e3 （14） 4?ir其中a0是在设定点的升力斜率。

在X-4的转子的流入速度是非常高的相对于俯仰，滚转和平移速度。因此，车辆不容易引起涡环状态，即使是在侵略阴谋活动。

3.3.叶片扑

当转子平移水平没有在前进和后退叶片之间的叶片升力，这将导致转子尖端路径平面倾斜的差。通过同时求解叶片离心气动静电重量力矩系统的常数和正弦分量获得的所得转子平面的角度。扑是重要的，因为在倾斜的转子可以引入用于车辆（2006磅等人）显著稳定性的影响。

转子振荡的动力学是非常快的，内转子（利什曼，2006年）的一转发生，与直升机的刚体动力学比较。因此，在叶片扑方程可以写为工艺的平面速度的瞬时函数。

四旋翼的飞行不限于纵向运动 - 当车辆横向移动或偏航的主振荡轴线不必对准到飞机的前部。由于平面运动的第i个转子的振荡是通过计算转子的平移的大小和方向并且限定的参考，Bi，在该方向上对齐的发现。纵向和横向漂移角计算所述转子框架（U1si和V1si），然后重新表示的本体固定在框架（a1s i和b1si）使用旋转矩阵（参见图3）。这允许避免计算复杂通过使用标准振荡方程在本地帧。

在每个转子振荡是通过首先计算该转子的推进比和方位角方向找到。这个推导如下：

Vri?V???di （15）

?ri?Vr(1,2)i?ir （16） ?ri?arctan???Vr(2)i?? （17） ??Vr(1)i?控制工程实践 18 (2010)691-699

其中

Vr(n)i的i是第n个的第i个转子的速度矢量的元素，?ri是第i个转子的预先比和?ri是

运动的方位角方向。

在X-4采用的是机械式'拉锯'摇摇欲坠的铰链，因此没有扑铰链失调。此外，它没有环状或集体叶片控制等古典式（Prouty，2002，p.469）可以大大简化：纵向和横向扑第i的角度解决第转子，Bi是

U1si?1-1?2ri?ri?4?t?2?2hi? （18） 2?CT8?ri?CT?V1si??2??ri??9a2?ri1?21??? （19） ?分别，其中?hi是第i个转子（利什曼，2006年，第95页）的无量纲化近悬停流入，通过近似：?hi?CT/2 (20) 并且γ是锁定码（利什曼，2006年）：

???a0cr4Ib （21）

其中Ib是关于扑铰链叶片的转动惯量。等式（18）代替集体俯仰角和直线叶片扭曲叶尖角度：?t?21?0??l，其中?0是集体叶片间距和?l是每米的直线刃扭转角。 32A这些被变换回所述本体固定帧由JBi中，Ai和Bi之间的帧映射，来导出被检体内帧扑角度

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由于飞行器的运动：AJBi???sin?ri??cos?ri?sin?ri?? （22） ?cos?ri??a1si?A?u1si???b???JBi??v?? （23） ?1si??1si?由该工艺的俯仰和侧倾率中产生的振荡角的部件（Prouty，2002年，第473）加入到这些本体固定帧：

?a1si???16qp()?()??1???2i （24） 2?b1si???16pp()?()??1???2i （25） 24.模型参数设置和稳定性

高性能四旋翼姿态调节构成，由于需要额外的挑战考虑更完全和旋翼飞机飞行前的困难在参数和测试控制器表达的动力学。在本节中大型四旋翼动力学和姿态控制器的设计主要考虑因素的影响进行了讨论。

4.1.参数化和不确定性

鲁棒性的不确定性是高性能的控制至关重要。它难以执行经典步骤响应实验以在飞行中的车辆前显影引起的错误控制一个基本稳定的控制器，不稳定表征易于严重损害或破坏脆弱的工艺。

大多数的模型参数由物理常数或飞行角色是系统的抽动决定;一些最重要的是h时，可以自由选择。与每个参数相关联的误差定义的设备模型的动态响应的包络线。这个包络内的系统行为进行分析，以确定h的最佳值，上面的COG转子的高度。

一组参数的估计，直接从测量从实验采取或衍生的，沿与相关的错误公知的。在从其他已知值来计算参数的情况下，也被计算的相关联的错误： ? 空气动力学参数

转子，叶片和空气动力学参数测量通过，计算，模拟或引用获得。这些列于表1。 ? 质量和位移

相对于转子平面测量部件块和距离，（质量±0.005公斤，距离：±0.005米）列于表2。

请注意，此表不是一个完整列表 表1 空气动力学参数和相关的错误

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表2 部分质量和偏移

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表3 对角线元素惯性

所有的质量，而是包括所有主要的质量，螺钉和紧固件被省略（参照图4）。 ? 转动惯量

通过处理部分作为质点从先前值来计算，惯性矩阵的对角项列于表3。COG为0.0071±0.005米以上的转子平面。