如何模擬四軸無人機的運動與控制行為？

 

一、 四軸飛行器發展現況
 

四軸飛行器（quadrotor aircraft）是一種以四個旋翼作為推進器的無人機，它具有優異的機動性和穩定性，廣泛應用於航空、軍事、探測等領域。目前，四軸飛行器的發展正處於快速演進的階段。

 

二、 四軸飛行器運動與控制原理

四軸飛行器使用兩套相同的固定螺距螺旋槳（包括兩個順時針和兩個逆時針方向的螺旋槳），以控制升力和扭矩。透過改變一個或多個旋翼盤的旋轉速度，實現對無人機運動的控制，從而改變其推力或升力特性。

 

三、 如何使用 Altair 模擬四軸飛行器的運動控制?

 

首先我們使用 Altair MotionView 做前處理，接著使用 Altair MotionSolve 求解，再透過 Altair Activate 創建控制器的 FMU 模組，來完成四軸飛行器模型的運動控制聯合模擬。

 

1、飛行器的建模流程

​  Altair MotionView 進行幾何前處理

• 導入幾何體並添加物體之間的連接關係。
• 添加 4 個驅動定義轉子旋轉的運動
• 添加空氣動力，包括風擾動力和推力，推力取決於轉子的旋轉。

 

​ Altair Activate 創建控制器

• Fz=Tf*Wz²
  其中：Fz = 推力，Tf = 推力係數（考慮到螺旋槳的幾何形狀、空氣密度和旋轉面積而定義，在此分析中Tf=2.1998e-5），Wz = 螺旋槳的角速度。
• 添加角度、位移和速度的輸出
• 導入控制系統模型 FMU 檔案
• 編輯 FMU 中的輸入、輸出資訊。 FMU 輸入的是無人機的角度、位移和速度，輸出的是每個轉子的螺旋槳旋轉速度。
• 將 FMU 中的輸出資料作為輸入添加到螺旋槳的運動中進行模擬。

 

2、飛行器的運動控制模擬結果

 

相關軟體簡介：Altair Activate 多學科系統模擬、Altair MotionSolve 機構運動

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