1。4 本文思路

本设计，建立于上述的思想上，从多种角度，进行合理的设计布局。最先开始的就应该是系统在力学部分的问题，根据已有的力学知识将本系统的力学关系进行设计，得出系统所需要的一些输入量。此后，在系统的运动姿态的角度，提前进行了运动学输出量的设定，又为之后的建模提供依据。在建立数学模型之后，便开始对于模型进行的结构搭建。从简单到复杂，将系统的各个姿态的输入输出结构设计好。在各个结构设计好之后，对于他们分别进行了各种测试。这种测试是伴着系统结构的改变而不断进行的。在设计的最后，将所有的仿真结构从外层到内层的展现。同时也提出了一些控制方法的改进意见。

第二章  外设式飞行器数学建模

2。1 准备工作

2。1。1 外部结构

因为手机本身的重量，外加多个动力设备等等。这就要求动力装置可以提供足够的力，来进行各种姿态动作。根据待载手机的实际情况，外设动力装置的数量以及位置是可以根据需要调节的。常见的布局结构，有双动力，三动力，四动力以及六动力结构，如图2。1所示。期望达到的效果是，不同数目的外加动力结构，可以按照既定的位置连接到主控板上，由主控板进行检测，进行相应的姿态控制策略。这种思路也为整个系统提供了更大的灵活性，更加能够适应多变的人们的需求。整个系统的最大难题是控制的问题，如何达到稳定和高效，似乎这两者本身就是一个矛盾体。对于这一个问题，此次采取了PID控制的方式以及模糊控制的方式进行研究论证。

图2。1 手机外接结构

2。1。2 旋转式结构

与传统的四轴飞行器不同，由于智能手机的摄像头与机身固定，这就要求整个装置的更加灵活的姿态调节性。因为这样可以让手机以各种角度悬停在空中，尤其是俯仰角度。本设计在动力装置与待载体之间加上了一点创新，用以解决这一问题。如下图2。2所示：

图2。2 旋转式结构

动力装置与待载体之间并不是完全固定的，而是可以顺着前后方向旋转，这样一来，当智能手机以一定角度立于空中时，由于其动力装置的角度仍然是朝着竖直方向，这也就保证了，整个系统在其它方向上没有力的作用。因而可以悬停在某一固定的位置。这种好处，可以让智能手机以不同的俯角拍摄景致。

整个系统定位于智能手机的外设，这也就要求了手机的参与。考虑到各个部分是否能够最佳合理化，智能手机本身也是需要扮演一定的角色的。智能手机中自带的各种模块可以为整个系统提供很多有用的数据，包括倾角，位置等等。这些对于系统的姿态控制有着很重要的作用。但这并不表示，系统的所用工作都可交给手机去完成。除了动力装置之外，还需要有电源和主控模块。主控在整个控制过程中起到最为关键的作用，同样他也需要智能手机的协助，经由数据的传递，实现传感器的共享。如图2。3所示，基于常见四轴飞行器的模型衍生出的一种飞行结构。

图2。3 飞行装置立体示意

图中的智能手机外接了四个动力装置。四个动力装置，左右两侧分布。由于手机的重量分布并不是正方形。在左右两侧的力矩要小于首尾。这也就使得左右分布更加的合理。

2。2 力学输入量分析

对于整个布局进行力学的分析，如图2。4所示，是本次设计用到的模型结构受力图。智能手机外接了4个动力装置，每一个装置都可以绕着横轴旋转。图中沿着动力装置伸展的方向向上，就是该组成单元的受力方向，也成为升力。共有四个升力，分别是，，，。考虑到旋转时可能会影响到系统的扭转力，再实际设计时，会将1号动力组的旋转方向与2好的旋转方向设置为相反。用以相互抵消扭转力。考虑到系统的机动性，在选择动力装置时，要能保证几组装置的合力能够大于等于整个系统重力的两倍。即：文献综述 Matlab可搭载手机的外设式飞行器控制方法设计(3):http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_100384.html