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无人机控制算法的6.6实现及优化

【摘要】:在6.1,6.2,6.3节中我们建立了无人机运动过程中所需要的坐标系、转换矩阵、姿态表示方法。控制系统设计是无人机系统设计中的一部分,在实现过程中这部分的复杂程度有可能因实施方和具体任务而展现出很大的差异。因此本节将重点放在控制算法的程序实现上,无论是算法仿真,半实物仿真,还是直接进行产品实现,都离不开算法的程序实现。

现在让我们稍微停一下,是时候清点一下“装备库”了,看一看到此为止我们手上有哪些工具,掌握了哪些技能。

在6.1,6.2,6.3节中我们建立了无人机运动过程中所需要的坐标系、转换矩阵、姿态表示方法。在6.4节中我们掌握了两种求取运动系统数学模型的方法,并得到了描述无人机系统十二个状态的数学模型。6.5节中介绍了无人机系统中基础且实用的控制概念。

我们可以通过它们做些什么有趣的事情呢?使用这些转换矩阵,我们可以将不同坐标系下的数值匹配起来,通过不同坐标系中对同一向量的描述,结合姿态的表示方式可以让我们求得无人机当下的运行姿态。当这些内容与第五章的反馈环节结合使用时,我们就实现了一般无人机十二个状态的反馈。通过拉格朗日方程和牛顿-欧拉方程结合第五章中涉及的硬件公式,我们可以初步建立无人机系统的数学模型,一旦获得了数学模型,我们就可以在电脑上进行控制算法仿真和半实物仿真。通过对基本控制概念的掌握,我们可以建立起一个闭环,基于误差反馈修正的控制算法。

控制系统设计是无人机系统设计中的一部分,在实现过程中这部分的复杂程度有可能因实施方和具体任务而展现出很大的差异。研究室中需要挖掘每个环节的创新点,往往需要将数学模型推导、算法仿真、半实物仿真、系统验证等环节全部走一遍。但对于一些企业而言,快速形成产品迭代是第一要务,如果在研发链条上投入太多人力与物力可能会造成太大消耗,因此常常会省去一些仿真或验证环节。还有一些产品由于飞行环境异常复杂,系统要求高,必须进行验证,可成本又比较高,比如近地火箭等,研发过程必须囊括半实物仿真的相关内容。对于读者而言,不同的工作要求,不同的项目细节,不同的产品特点会产生不同的工作内容。如果要囊括其中的全部内容确实要花费大量的时间和精力,而且在工作项目中未必能够完全应用到。

因此本节将重点放在控制算法的程序实现上,无论是算法仿真,半实物仿真,还是直接进行产品实现,都离不开算法的程序实现。希望能够让读者实现从算法到程序的无缝转换。