【MBS技术专题】模型分享:四旋翼无人机仿真分析案例

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案例介绍

四旋翼无人机模型使用2套相同的固定螺距螺旋桨(2个顺时针和2个逆时针)来控制升力和扭矩,通过改变一个或多个旋翼盘的旋转速度来实现对无人机运动的控制,从而改变其推力或升力特性。

 

在MotionSolve仿真中实现这种控制,可以通过导入Activate创建的控制器的FMU模块来轻松实现。

 

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横向螺旋桨(左和右)控制飞行器的侧倾,纵向螺旋桨(前和后)控制飞行器的俯仰。

 

下图中的旋翼信号差异决定了飞行器的运动姿态。

 

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仿真建模流程

 

  • 导入几何体并添加物体之间的连接关系。

  • 添加4个驱动定义转子旋转的运动

  • 添加空气动力,包括风扰动力和推力,推力取决于转子的旋转。

Fz=Tf*Wz²  

 

其中:Fz = 推力,Tf = 推力系数(考虑到螺旋桨的几何形状、空气密度和旋转面积而定义,在此分析中Tf=2.1998e-5),Wz = 螺旋桨的角速度 。

 

  • 添加角度、位移和速度的输出

  • 导入控制系统模型FMU文件

  • 编辑FMU中的输入输出信息。FMU的输入是无人机的角度、位移和速度,输出是每个转子的螺旋桨旋转速度。

  • 将FMU中的输出信号作为输入添加到螺旋桨的运动中。

  • 运行仿真。

 

仿真结果

 

分析结果动画

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无人机运动姿态变化曲线

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无人机质心坐标变化曲线

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