无人机，动力系统建模

建模目的

无人机动力系统包括：螺旋桨、电机、电调及电池。建模流程图如下（图片来源《多旋翼飞行器设计与控制》.[M].全权）：

经过误差结算后，将误差信息转换为螺旋桨的升力与转矩，以便实现对电机的控制。而动力系统建模就是描述了该控制的过程。

1 螺旋桨建模

得到姿态误差后，可将角度误差转化为升力（T）及扭矩（M）的控制量，有了T和M就可以根据螺旋桨参数结算出需要的转速（N）。对应公式如下：
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其中， C T C_T CT​及 C M C_M CM​为无量纲系数，由螺旋桨物理参数决定；p为空气密度，一般设为常熟； D p D_p Dp​为螺旋桨直径。

2 电机建模

根据求得的 M 及 N 求解出电机的等效电流 I m I_m Im​ 及 U m U_m Um​ 。表达式如下：
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其中， Θ m \Theta_m Θm​为电机参数集合。

3 电调（ESC）建模

根据电机模型的 I m I_m Im​ 及 U m U_m Um​ ，电调参数集合 Θ e \Theta_e Θe​ 及 电池参数集合 Θ b \Theta_b Θb​，求出油门指令 σ \sigma σ 、电调的输入电流 I e I_e Ie​ 及 输入电压 U e U_e Ue​。表达式如下：
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其中 n r n_r nr​为螺旋桨数， I o I_o Io​为其他硬件的分流

4 电池建模

根据电调求出的电流 I b I_b Ib​ 及电池参数集合 Θ b \Theta_b Θb​ ，求出电池的续航时间。表达式如下：
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其中， C b C_b Cb​为电池总容量， C m C_m Cm​为限定的最小容量

综上，当我们根据期望姿态获取到姿态误差时，我们便可输出对应的螺旋桨转速转矩，电机的电压及电流，电调的电压电流及油门开度，并结算出可飞行的时间。

本文所有知识点、图片及公式均来源于北航全权教授所著的《多旋翼飞行器设计与控制》图书。