NASA实习生开发基于模型设计的四轴飞行器制导、导航和控制软件

NASA MSFC团队寻求一种现实而经济的方式，让他们的实习生有机会直接使用飞行软件和硬件。他们为这个项目选择了四轴飞行器和ArduPilot Mega 2.5硬件，但这种方法带来了几个挑战。

首先，他们需要为本科工程师提供易于学习的工具，他们可以使用这些工具快速开发GNC算法，其中许多人几乎没有控制设计或编程经验。其次，为了避免损坏飞机，他们需要一个模拟环境，使实习生能够在飞行测试之前验证他们的算法。最后，他们需要一种简单的方法，让实习生将算法部署到ArduPilot硬件上，并与ArduPilot板上的加速度计、陀螺仪和其他传感器进行交互。

NASA MSFC团队选择了基于MATLAB和Simulink的模型设计作为他们的工程实习项目。金宝app

实习生通过mathworks.com上的Simulink教程和参加NASA工程师的培训课程来学习Simulink中的金宝app建模、仿真和控制设计。

在从套件中组装四轴飞行器后，他们在Simulink中建立了四轴飞行器的六自由度模型，使用Aerospace Blockset™来建模运动方程。金宝app

在Simulink中，金宝app他们创建了一个控制器模型，为四轴飞行器提供稳定性增强。为了访问来自ArduPilot传感器(包括加速度计、陀螺仪和磁力计)的输入，他们从APM2金宝appSimulink Blockset到他们的控制器模型。

他们从Simulink中获取线性模型，使用控制系统工具箱中的SIS金宝appO设计工具分析增益和相位裕度，然后运行仿真以验证控制系统性能。他们使用Aerospace Blockset中的一个块，将模型连接到FlightGear飞行仿真软件，以可视化仿真结果，然后根据这些结果改进他们的设计。

利用Simulink的目标硬件运行功能，实习生将他们的控制器模型直接加载到ArduPil金宝appot Mega硬件上进行飞行测试。

他们在MATLAB中对记录的飞行数据进行后处理，并使用结果微调他们的控制算法和植物模型。

NASA MSFC工程师目前正在修改他们的实习计划。新版本将使用六旋翼机。ArduPilot Mega硬件将被更强大的Pixhawk处理器取代，这将使实习生能够结合卡尔曼滤波，实现滑模控制，并处理引擎故障条件。他们将使用Embedded Coder从Simulink模型中为Pixhawk目标生成C代码金宝app^®．