无人机转动惯量的测量方法技术

本发明专利技术提出一种无人机转动惯量的测量方法，属于无人机领域。该测量方法主要包括以下步骤：(1)选取任一部件，建立局部坐标系；(2)通过3次吊挂，确定部件重心在局部坐标系下的坐标；(3)通过坐标转换计算得到部件重心在全机坐标系下的坐标；(4)利用上述方法计算无人机的其余部件重心的坐标后，计算得到无人机整机的转动惯量。本发明专利技术提供的测量方法具有操作简便、计算方法简单、测量精度高等特点，能够应用于无人机转动惯量的测量。

The method of measuring the moment of inertia of UAV

【技术实现步骤摘要】
无人机转动惯量的测量方法
本专利技术属于无人机领域，尤其涉及一种无人机转动惯量的测量方法。
技术介绍
无人机的转动惯量是无人机作转动运动时其惯性的度量，是计算飞行性能和数学建模仿真的重要参数，并且随着现代飞行控制技术的发展，为了提高飞行控制系统的开发效率和可靠性，对无人机转动惯量的精确度要求进一步提高。由于无人机不是沿机体轴的每个方向都对称，且内部质量分布也不均匀，很难根据其外形准确计算惯性特性。目前，测量无人机转动惯量多采用估算法和复摆法。其中，估算法建立在估算公式和经验数值的基础上，存在估算过程复杂、估算误差较大等缺陷；复摆法则是通过绳索将无人机整机悬挂在高处，拉开无人机使其与竖直方向相差一个角度后松开绳索，使无人机摆动，该方法的摆动周期难以测定、且绕某个轴摆动时易耦合其它轴向的摆动，计算误差较大。由此可见，开发出一种操作简单、计算简便且精确度高的无人机转动惯量的测定方法是本领域一项亟待解决的课题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的估算过程复杂、计算误差较大等的技术问题，提出一种操作简单、计算方法简便且精确度高的无人机转动惯量的测量方法。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：无人机转动惯量的测量方法，所述方法包括以下步骤：选取无人机任一部件，并建立局部坐标系，定义X、Y、Z轴；分别通过吊点一、吊点二和吊点三将所述部件吊起，以确定无人机部件重心，并计算其坐标X重心、Y重心、Z重心；通过坐标转换，将无人机部件重心的坐标转换至全机坐标系下，得到所述部件在全机坐标系下的坐标X0、Y0、Z0；在制图软件中，通过调整部件重量分布将所述部件的重心配至X0、Y0、Z0；根据上述方法依次计算无人机其余部件的重心在全机坐标系下的坐标，计算得到无人机整机的转动惯量。作为优选，所述无人机部件重心是通过以下方法确立的，具体为：通过吊点一将所述部件吊起，待部件稳定后作出吊挂线的延长线，并标记为延长线I；通过吊点二将所述部件再次吊起，待部件稳定后作出吊挂线的延长线，并标记为延长线II；根据延长线I和延长线II的交点，确定所述无人机部件重心。作为优选，无人机部件重心的坐标是通过以下方法计算得到的，具体为：无人机部件重心的X重心、Y重心坐标通过直接测量得到；通过吊点三将所述部件第三次吊起，利用公式计算得到无人机部件重心的Z坐标，公式如下：Z重心＝A-B(1)；式中：A为吊点三的Z轴坐标，B为A-Z重心。作为优选，所述公式(1)中的B通过下述公式计算得到，公式为：B＝L×tanα(2)；式中：L为部件重心的X轴坐标，α为第三次吊起的吊挂线与X轴的夹角。作为优选，所述制图软件为CATIA三维制图软件。作为优选，所述无人机整机的转动惯量是利用CATIA三维制图软件中的惯性测量功能计算得到的。作为优选，所述无人机部件包括机身、机翼、尾翼，其中尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：1、为了解决现有技术中无人机转动惯量估算复杂，测量误差大的问题，本专利技术提供了一种无人机转动惯量的测量方法，该方法操作简单、计算简便，是一种易于实现无人机转动惯量的测定方法，能够实现无人机转动惯量的精确测量；2、本专利技术提供的测量方法操作十分简单，通过对无人机部件进行3次吊挂即可确定无人机部件在局部坐标系下的重心坐标；3、本专利技术提供的测量方法计算过程简单，通过简单的坐标变换即可得到该部件重心在全机坐标系下的坐标；4、本专利技术提供的测量方法测量精度高，由CATIA三维制图软件调整后的无人机各个部件重心准确，再通过该软件的惯性测量功能计算得到精确的无人机整机的转动惯量。附图说明图1为本专利技术实施例所提供的第一次起吊的示意图，其中，1—无人机部件、2—吊挂绳索(吊挂线)、3—吊点一、4—无人机部件局部坐标系、5—第一次吊挂延长线，即延长线I；图2为本专利技术实施例所提供的第二次起吊的示意图，其中，6—吊点二、7—第二次吊挂延长线，即延长线II、8—两条延长线的交点；图3为本专利技术实施例所提供的第三次起吊的示意图，其中，9—吊点三、10—第三次吊挂延长线III、11—无人机部件的重心；图4为本专利技术实施例所提供的CATIA三维制图软件测量无人机部件重心的示意图；图5为本专利技术实施例所提供的CATIA三维制图软件测量无人机惯性参数的示意图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供了一种无人机转动惯量的测量方法，所述方法包括以下步骤：选取无人机任一部件，并建立局部坐标系，定义X、Y、Z轴；分别通过吊点一、吊点二和吊点三将所述部件吊起，以确定无人机部件重心，并计算其坐标X重心、Y重心、Z重心；通过坐标转换，将无人机部件重心的坐标转换至全机坐标系下，得到所述部件在全机坐标系下的坐标X0、Y0、Z0；在制图软件中，通过调整部件重量分布将所述部件的重心配至X0、Y0、Z0；根据上述方法依次计算无人机其余部件的重心在全机坐标系下的坐标，计算得到无人机整机的转动惯量。在上述测量方法中，需要说明的是，在选取无人机部件时，是根据无人机的实际分解情况选取的任一部件，局部坐标系也是根据实际情况随机建立的；此外，三个吊点的选择也是随机选择的，但需要注意的是，吊点的选择尽量靠近无人机部件的重心，这样无人机部件吊起来后更容易稳定。在一优选实施例中，所述无人机部件重心是通过以下方法确立的，具体为：通过吊点一将所述部件吊起，待部件稳定后作出吊挂线的延长线，并标记为延长线I；通过吊点二将所述部件再次吊起，待部件稳定后作出吊挂线的延长线，并标记为延长线II；根据延长线I和延长线II的交点，确定所述无人机部件重心。在上述优选实施例中，根据延长线I和延长线II产生的交点，可以确定该无人机部件的重心位于两次吊挂线起吊所形成平面的垂线上，并且通过两个延长线的交点。在一优选实施例中，无人机部件重心的坐标是通过以下方法计算得到的，具体为：无人机部件重心的X重心、Y重心坐标通过直接测量得到；通过吊点三将所述部件第三次吊起，利用公式计算得到无人机部件重心的Z坐标，公式如下：Z重心＝A-B(1)；式中：A为吊点三的Z轴坐标，B为A-Z重心。在上述优选实施例中，公式(1)中A吊点三的Z轴坐标，B为无人机部件重心的Z坐标-吊点三的Z轴坐标。在一优选实施例中，所述公式(1)中的B通过下述公式计算得到，公式为：B＝L×tanα(2)；式中：L为部件重心的X轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.无人机转动惯量的测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n选取无人机任一部件，并建立局部坐标系，定义X、Y、Z轴；/n分别通过吊点一、吊点二和吊点三将所述部件吊起，以确定无人机部件重心，并计算其坐标X

【技术特征摘要】
1.无人机转动惯量的测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
选取无人机任一部件，并建立局部坐标系，定义X、Y、Z轴；
分别通过吊点一、吊点二和吊点三将所述部件吊起，以确定无人机部件重心，并计算其坐标X重心、Y重心、Z重心；
通过坐标转换，将无人机部件重心的坐标转换至全机坐标系下，得到所述部件在全机坐标系下的坐标X0、Y0、Z0；
在制图软件中，通过调整部件重量分布将所述部件的重心配至X0、Y0、Z0；
根据上述方法依次计算无人机其余部件的重心在全机坐标系下的坐标，计算得到无人机整机的转动惯量。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无人机部件重心是通过以下方法确立的，具体为：
通过吊点一将所述部件吊起，待部件稳定后作出吊挂线的延长线，并标记为延长线I；
通过吊点二将所述部件再次吊起，待部件稳定后作出吊挂线的延长线，并标记为延长线II；
根据延长线I和延长线II的交点，确定所述无人机部件重心。


3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：石磊，艾鑫伟，王磊，马晓平，方晓，
申请(专利权)人：青岛航空技术研究院中国科学院工程热物理研究所青岛研究中心，
类型：发明
国别省市：山东;37