使用 MATLAB/Simulink 设计无人机飞行控制系统 （一、气动力系数获取）

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了如何采用MATLAB/Simulink进行无人飞行器设计，包括设计流程、根据飞行器构型计算气动参数、绘制无人机构型等步骤。其中，DATCOM是一个快速气动参数计算工具，可以帮助工程师进行无人机动力学分析和控制系统设计。AID是一个图形化的设计工具，可以通过图形化的方式把飞机画出来，并定义重心位置。通过以上操作，可以得到无人机的气动系数，这是进行飞控设计的第一步。

　　众所周知，无人机已经越来越广泛的应用于电力，石油，地质勘察，乃至消费娱乐行业，有越来越多的工程师开始从事无人飞行器的设计，MATLAB/Simulink通常在无人机的设计过程中发挥着不可替代的作用。今天小编就给大家介绍一下如何采用 MATLAB/Simulink 进行无人飞行器设计。这个过程通常可简单分为以下几个阶段:

无人机的设计流程

　　在实际工程中，每个阶段或多个阶段之间往往会进行多次迭代，以不断的优化设计。

根据飞行器构型计算气动参数

    我们以设计一个小型固定翼无人机为例。首先需要根据无人机的飞行性能进行气动外形设计：

                                                                         无人机的几何构型

　　我们要设计的是一个低速低空无人飞行器，对飞行控制系统的设计要求是，我们要设计一个能够保持飞机在飞行包线内具有高度保持，速度保持功能的自动飞行控制律，并且飞控系统的飞行品质能够满足我们预先定义的标准。在设计之前，我们先简单介绍一个小工具DATCOM，这是美国开源的快速气动参数计算工具，当我们不具备风洞试验条件时，或觉得使用CFD计算太慢，准备工作繁琐时，用这个工具可以快速的生成空气动力学参数，便于工程师进行无人机动力学分析和控制系统设计。DATCOM需要用户根据自己飞机的几何形状，通过一个文本文件描述定义几何形状：

一个典型的 DATCOM 飞机几何构型定义文件

　　这就是一个典型的DATCOM输入文件，设计师需要按照格式定义需要计算气动系数的工作点，如马赫数，攻角，高度等，也需要定义无人机的参考面积，翼型等。总之通过这样的定义就可以快速的算出一个已知构型飞机的气动参数了。不过这个方法对刚上手的同学似乎并不友好，现在大家可以在 MATLAB Add-on上搜索 AID 或前往以下链接下载。https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/66770-aircraft-intuitive-design-aid这个设计工具可以通过图形化的方式把飞机画出来。我们通过它画出无人机的外形，并定义重心位置。

 绘制无人机构型

     　根据无人飞行器的构型，在MATLAB中画出了飞机的构型，得到 DATCOM 的输入文件，然后调用 DATCOM 计算气动系数。

　　更具体的操作，大家可以参考 AID的使用手册及MathWorks的教学视频。https://www.mathworks.com/videos/matlab-and-simulink-robotics-arena-building-interactive-design-tools-1509569729395.html相信你通过简单学习后，马上就可以画出像下面这样的大型客机了。

　　总之，通过以上操作，得到了我们无人机的气动系数，这是进行飞控设计的第一步。

未完待续。

本文转载自微 信公 众号“MATLAB”