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气体吸入机构为近距离拍摄的无人机系统与基于模型的设计开发

挑战

设计并开发了一种用于近距离空中拍摄的无人机相机运动系统

解决方案

利用MATLAB和Simulink进行基于模型的设计,加速飞行器电传和飞行管理金宝app系统软件的设计、调试和实现

后果

  • 上市时间缩短了一个数量级
  • 测试飞行异常快速解决
  • 调试时间从数周到几小时减少

“通过基于模型的设计,我们的三名工程师团队在第一次飞行前发现了超过95%的控制软件错误。我们使用测试航班来增加我们的Simulink模型的忠诚度,并以高精度隔离剩余的错误金宝app。结果是更安全,更可靠和更高质量的产品。“

Marko Thaler,气体机器
Airnamics的联合创始人Marko Thaler和Zoran Bjelić在R5 MSN1原型机首次试飞后将其交付使用。

气体机器R5无人机系统(UAS)为电影镜机提供了一种用于近距离空中拍摄的相机运动系统。顶级速度为130 kph(80英里/小时),相机有效载荷为8公斤(18磅),GPS系统精确到25毫米(1英寸)内,R5旨在提供前所未有的性能,安全性,安全性,并且易用。

气体机器通过使用基于模型的设计与MATLAB的设计加速了R5的飞丝(FBW)控制器和飞行管理系统(FMS)的开发®和Sim金宝appulink®.

Airnamics首席执行官兼首席技术官Marko Thaler博士说:“在飞行控制系统中,性能、可靠性和安全性是首要问题。”。“你不能走捷径,因为如果你走捷径,你最终会崩溃。通过基于模型的设计,我们能够通过模拟来测试整个系统。因此,我们不仅加快了控制算法的开发和调试,而且在不需要昂贵的原型设计或漫长的开发周期的情况下,我们还生产了更高质量的代码。”

挑战

Airnamics开发团队仅由三名工程师组成。最初,团队依靠手写的C代码。经过几个月的发展,他们得出结论,这种方法是缓慢和低效的。他们缺乏使用手写代码运行高保真仿真的简单方法,这使得调试和质量保证活动变得困难。随着可靠性和安全性问题的增加,该公司寻求一种新的方法。

工程师希望为R5飞机及其控制系统进行建模,并运行模拟以验证并优化控制算法。他们还希望通过从模型中生成代码并在车辆上的实时机器上运行代码来快速原型。最终,他们的目标是完成可以通过航空权威机构认证的软件的生产版本进行真实的运营。

解决方案

Airnamics采用基于模型的设计,使用MATLAB和Simulink加速R5无人机FBW和FMS软件的金宝app开发。

虽然Thaler已经与Matlab和Simulink一起拥有大量经验,但他的两个同事才有有限的体验。金宝app他们在Mathworks.com上使用网络研讨会和咨询Mathworks应用工程师迅速迅速升级。

在航空航天区块集中使用Si金宝appmulink和基本组件™, 该团队创建了R5飞机的工厂模型,包括机身、八个电机和螺旋桨、三个惯性测量单元(用于冗余和更好的陀螺头稳定性能)、一个激光测距仪和其他传感器。

使用Simu金宝applink和控制系统工具箱™ 他们创建了一个控制模型,包括姿态和运动控制算法以及用于状态估计的扩展卡尔曼滤波器。

他们对控制模型和工厂模型进行闭环仿真,以验证控制器的功能。随着设计的进行,他们模拟了传感器故障、电机故障、阵风和其他场景。

在仿真期间,团队使用Simulink 3D动画™来可视化R5飞机的动态系统行金宝app为。

为了准备飞行测试,他们使用了Simulink编码器™ 从控制器模型生成代码,他们将其编金宝app译并部署到带有Intel的定制车载PC上®ATOM™处理器运行Simulink Real-金宝appTime™。

在飞行试验之后,该团队在MATLAB中分析了飞行记录器数据,并使用这些数据来完善设备模型和优化控制器。在某些情况下,团队通过更新模型和在飞行之间生成新代码来加速开发迭代。

Airnamics目前正在完成R5设计并准备进行认证。该公司现在为客户提供UAS开发服务,涵盖从概念设计到定制UAS系统的批量生产的所有方面。

后果

  • 上市时间缩短了一个数量级.“When developing a new UAS system from scratch, we’ve found that, for a small team like ours, Model-Based Design can reduce the time-to-market and development cost by up to an order of magnitude compared with a traditional development approach with hand-coding,” says Thaler.

  • 测试飞行异常快速解决. 泰勒说:“在飞行测试期间,一股强烈的阵风导致了R5控制系统的意外行为。”。“我们使用飞行记录器数据和Simulink来确定阵风的方向和强度,分析控制算法的响应,并快速确定算法中未达到最佳性能的部分。”金宝app

  • 调试时间从数周到几小时减少. “通过基于模型的设计,我们能够理解和再现模拟中的错误,而不是仅仅依靠飞行测试,”泰勒指出。“因此,我们可以在数小时内找到并修复以前需要数周才能解决的bug。”