四旋翼飞行器模型的气动参数辨识_赵述龙

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1、第27卷第8期电子测量与仪器学报Vol.27No.8·744·JOUＲNALOFELECTＲONICMEASUＲEMENTANDINSTＲUMENT2013年8月DOI:10．3724/SP．J．1187．2013．00744四旋翼飞行器模型的气动参数辨识赵述龙安宏雷刘建平马宏绪(国防科学技术大学机电工程与自动化学院长沙410019)摘要:通常，四旋翼飞行器的旋翼气动参数是采用经验值或复杂计算确定的，但其结果对测量传感器精度要求高，对环境的适应性差。设计了一种组合模型机理分析与参数辨识的方法对气动参数进行估计。机理建模可以减少参数辨识

2、的计算量，参数辨识又可以进一步提高模型的准确度，增强参数对环境的适应性。首先利用叶素理论分析了旋翼的升力和力矩，用空气动力学和牛顿欧拉方程建立了平台机构的动力学模型，然后利用辨识工具CIFEＲ对于具有不确定因素较大的气动参数进行频域辨识。通过仿真实验，对辨识所得的模型和参数进行频域和时域的验证，其结果在低频阶段跟踪性能优异，曲线的吻合程度好，气动参数的可信度高。关键词:四旋翼;气动参数;系统辨识中图分类号:N945．14文献标识码:A国家标准学科分类代码:510．80Identificationofaerodynamicparamet

3、erforquadrotormodelZhaoShulongAnHongleiLiuJianpingMaHongxu(CollegeofMechatronicsandAutomationofNationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410019，China)Abstract:Generally，thevalueofaerodynamicparameterofquadrotorisobtainedviaexperimentalmethodorcom-plexcalculation．How

4、ever，theyhavehighaccuracyrequirementforsensorsandpooradaptabilityforenvironment．Inthispaper，acombinationofmechanismanalysisandparameteridentificationmethodisdesignedforaerodynamicparameterestimationofquadrotor．Ｒotorliftandmomentareanalyzedusingbladeelementtheory，andthed

5、ynamicmodelofquadrotorplatformisestablishedusingNewtonEulerequation．Then，CIFEＲmethodofidentificationisusedtosettheaerodynamicparameter．Finally，theestimatedparametersareverifiedviasimulationexperimentinfrequencydomainandtimedomain．Theresultofsimulationshowsthat，inthelowf

6、requencyphase，trackingper-formanceisexcellent，andfittingdegreebetweenidentificationresultandflightdataiscoincident，sotheaerodynam-icparameterhashighcredibility．Keywords:quadrotor;aerodynamicparameter;systemidentification动参数。如果仅采用机理分析建模，需要对其进行1引言全面的风洞试验、飞行验证和模型改进，实验实现四旋翼

7、飞行器是一种可垂直起降，具有多旋翼非常困难。与这些方法相比，机理分析和系统辨识结构的遥控/自主飞行器。它机动性强，结构设计的组合方法就成为很有吸引力的一种选择。系统巧妙，可以在室内或者狭小的空间内飞行，噪音小，辨识是利用数学方法推导出模型的结构和参数，其［1］隐蔽性强。另外，它还具有较高的推重比和优异中，频域辨识具有不易受噪声影响，数据易于压缩［2］的可操作性。目前，四旋翼飞行器已成为无人飞行和处理等优点，它是基于频谱分析中的离散傅里器研究领域的一个热点，为了提高控制性能，需要叶变换(DFT)的基础之上发展而来的。在工程领获得精确的飞

8、行器理论值，如质量、转动惯量和气域，常见的就是利用功率谱估计和相干函数对频率收稿日期:2013-06ＲeceivedDate:2013-06第8期四旋翼飞行器模型的气动参数辨识·745·［3］响应进行估计。在建立精确模型