شبیه‌سازی عددی مستقیم (به انگلیسی: (Direct numerical Simulation (DNS) یک روش شبیه‌سازی در دینامیک سیالات محاسباتی است که در آن معادلات ناویه-استوکس به صورت عددی و بدون هیچ گونه مدل‌سازیجریان آشفته حل می‌شوند. تا دهه هفتاد میلادی شبیه سازی با استفاده از این روش به دلیل عدم وجود کامپیوتر‌های پر سرعت غیرممکن بود. هزینه انجام این شبیه‌سازی با توان سوم عدد رینولدز رابطه مستقیم دارد. به همین دلیل هزینه این روش حتی در عددهای رینولدز پایین بسیار بالا است و در عددهای رینولدز بالا امکان پذیر نیست.

در سال‌های اخیر، گرایش و توجه به پهباد یا پرنده هدایت‌پذیر در زمینه‌های نظامی و تجاری افزایش پیدا کرده است، به همین دلیل، مشکلات مربوط به مطالعه کنترل دینامیکی هواپیمای بدون سرنشین، تمرکز بسیاری از مراکز علمی و تحقیقاتی در جهان است. شبیه‌سازی دینامیکی پهباد مهم‌ترین ابزار برای بیان قوانین کنترل پرواز و معادلات حرکت برای یک نوع پهباد است، در بسیاری از موارد تست سیستم‌های خودکار انجام شده در محیط مجازی تنها راه تضمین امنیت مطلق است.

مدل‌سازی و شبیه‌سازی عددی پهباد با قیود غیرهولونومیک

روش‌های بسیاری برای مدل‌سازی معادلات مکانیک کلاسیک با استفاده از روش‌های مکانیک تحلیلی برای سیستم‌های غیر هولونومیک وجود دارد، مکانیک تحلیلی روش‌های متعددی برای تولید معادلات حرکت اشیا پرواز فراهم می‌کند. هدف از این پایان نامه مدل‌سازی دینامیکی یک پهپاد بال ثابت، و طراحی کنترلر ارتفاع و زاویه‌ی رول و سرعت می‌باشد. مدل دینامیکی غیرخطی وسیله پرنده بال ثابت در نرم افزار MATLAB توسعه داده شده است. این مدل شامل مدل‌سازی نیروها و گشتاورهای آیرودینامیک، پیش‌رانش، مدل جاذبه و مدل محیط می‌باشد.

که 6 معادله‌ی غیر خطی متغیر با زمان از معادلات دینامیکی نیرو و ممان و 4 معادله غیرخطی متغیر با زمان هم از روابط بین ماتریسی در دستگاه‌های زمینی و دستگاه بدنه پهباد ناشی شده است. معادلات حاکم بر پهباد با فرض اختلالات و آشفتگی‌های کوچک حول شرایط پرواز به 2 دسته معادلات خطی 5 متغیره، با نام معادلات طولی و معادلات عرضی، که مستقل از یک‌دیگر هستند، تقسیم می‌شوند. پس از حل معادلات حاکم بر پرواز، روش قیود غیرهولونومیک برای کنترل پهباد را انتخاب می‌کنیم. قوانین کنترلی حاکم بر حرکت پهباد به خاطر غیر انتگرالی بودن، قوانین غیرهولونومیک می‌باشند.

                                   مدل‌سازی و شبیه‌سازی عددی پهباد با قیود غیرهولونومیک

مدل‌سازی و شبیه‌سازی عددی پهباد با قیود غیرهولونومیک

روش قیود غیرهولونومیک همان روشی شبیه بهlqr بوده، با این تفاوت که عوامل مشتقی ورودی‌های کنترلی نیز در قوانین کنترلی وارد شده، و قیودی را در سیستم حاکم می‌کنند که به قیود غیرهولونومیک مشهور هستند.