基于Simscape工具箱的旋翼无人机仿真平台搭建(2)
结 论 20
致 谢 21
参考文献 22 1 绪论
1.1 研究背景及意义
无人飞行器（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）简称无人机，可分为旋翼无人飞行器和固
定翼无人飞行器两大类[1]
。旋翼无人飞行器在很多方面都比固定翼无人飞行器优秀。旋翼飞
行器具有盘旋，垂直起降和可低速、低空飞行的能力，其不但具有比固定翼飞行器更高的自
由度，还能通过较为缓慢的姿态动作实现更为精确的姿态控制，使飞行器的飞行姿态更符合
控制效果[2，3]
。旋翼飞行器具有灵活的操控性，特别适合在多障碍的恶劣环境或狭小空间内活
动。旋翼飞行器种类众多，因旋翼个数不同可分类为单旋翼飞行器、双旋翼飞行器、四旋翼
飞行器、优尔旋翼飞行器、八旋翼飞行器等。本文主要对四旋翼飞行器进行仿真研究。
仿真技术共历经模拟仿真技术、数字仿真技术、分布式仿真技术三类，现正向着高度集
成化和智能化仿真方面发展。仿真技术的定义，要求以计算机科学技术领域和控制理论领域
的专业技术为基础，利用计算机和各种物理效能装置，使用所搭建的系统模型代替被模拟系
统进行动态测试与研究的具有学科综合性特点的技术[4]。所以仿真技术在一定程度上大大拓
展人类的视野及能力，在各个领域中都能发挥极其重要的作用[5]。
根据参与到系统仿真的模型种类，仿真技术可分为三大类：数学仿真、半物理仿真和物
理仿真[6，7]
。数学仿真是将被测系统转化为数学模型，然后对该数学模型进行计算以达到对系
统进行模拟的目的。半物理仿真是将被测系统的部分实物部件接入到仿真平台回路中进行仿
真，做到模型与实际系统相结合，然而其本质上还是通过模拟试验手段对系统进行研究和验
证[8]
。物理仿真是按照现实中被测系统的物理结构和特性搭建系统的物理模型，并利用该模
型进行模拟研究和试验[9]
。运用飞行器仿真技术可以提高无人机飞行控制系统调试与实验的
可行性和准确性，尤其在飞控系统的设计与分析阶段，利用飞行器仿真平台搭建仿真模型整
个实验研究过程更加经济和灵活。
搭建飞行器仿真平台，可先用数字仿真手段即建立数学模型验证设计的飞行控制系统等
设备是否已达到飞行品质要求，然后再进行物理仿真，察看飞行姿态和控制效果，最后进行
真机试飞。这样先使用飞行器仿真平台仿真再进行真机试飞的实验方法可高效缩短飞行器的
研发周期，在很大程度上降低研制经费和毁机风险，体现了飞行器仿真平台的经济价值。
1.2 国内外研究现状
近几年，信息技术的快速发展带动了现代仿真技术的发展，并已扩展到仿真建模、仿真
试验和系统建模等实验活动中，也使得传统意义上的仿真方法产生了改变。然而在仿真平台
的设计搭建过程中，结构化的仿真设计方法依然被人普遍使用。结构化设计方法在多年前就
被广大开发人员广泛使用，是一种较为传统的设计方法，并且也是为人所熟知的仿真方法。
采用自上而下、逐步求精的思想，将系统功能按层次进行分解。在系统分析阶段，强调系统
功能，即所能处理的问题是什么;在系统设计阶段，强调系统运用的算法， 要求界面简洁清晰，
便于用户理解其系统结构和功能，便于系统开发人员与用户之间的交流。将系统中的功能与
数据独立是结构化仿真设计方法的核心。搭建飞行器仿真平台之前必须充分了解飞行器的所
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