17、基于LabVIEW与MATLAB混合编程的多领域研究

基于LabVIEW与MATLAB混合编程的多领域研究

一、LabVIEW与MATLAB混合编程在无人直升机系统仿真中的应用

1. 研究背景与意义
   无人直升机在救援、巡检、监视和探测等领域应用广泛。对其姿态控制和轨迹跟踪控制的设计需要大量实验验证，搭建物理环境测试成本高、周期长，而半物理仿真平台更具性价比。同时，设计能清晰反映控制对象工作状态的系统显示界面，对研发人员获取实验数据至关重要。然而，无人直升机运行中会受环境干扰，自身传感器也有固有噪声，且LabVIEW在数学运算和算法设计上存在不足。
2. 无人直升机模型
   • 运动原理 ：无人直升机系统通过左右双电机驱动螺旋桨产生的升力与自身重力在俯仰轴上的合力驱动俯仰轴的俯仰运动；左右电机电压产生压差时，会围绕俯仰轴电机产生扭矩，触发偏航运动。
   • 运动方程 ：
     • 俯仰轴运动方程：$Jp ¨θ(t) + Dp ˙θ(t) + Kspθ(t) = KppVp$，其中$θ = sin^{−1}(Ax / \sqrt{A_{x}^{2} + A_{y}^{2} + A_{z}^{2}})$。
     • 偏航轴运动方程：$Jy ¨ϕ(t) + Dy ˙ϕ(t) = −KypVp − KypVy$。
   • 状态空间矩阵 ：
     • 俯仰轴：$Ap = \begin{b