带有无人机制导模型块的近似高保真无人机模型

这个示例使用:

在不同的开发阶段，仿真模型通常需要不同的逼真度。在快速原型阶段，我们希望快速试验和调整参数，以测试不同的自主算法。在产品开发阶段，我们希望通过提高保真度的模型来验证我们的算法。在这个例子中，我们演示了一个方法来近似一个高保真模型指导模型Block并使用它来原型和调整导航系统的路径点。看到固定翼无人机航路点跟随器调整．同样的导航系统在一个高保真模型上进行了测试，以验证其性能。

示例模型使用高保真无人飞行器(UAV)模型，其中包括一个工厂模型和一个中级内置自动驾驶仪。这个模型包含近一千个块，处理起来相当复杂。作为开发过程的第一步，我们创建了一个变体系统，可以在这个高保真模型和无人机制导模型块之间切换。高保真模型是从File Exchange条目中提取的，金宝appSimulink无人机参考应用程序．

不同保真度的无人机模型

uavModel =“FixedWingModel.slx”；open_system (uavModel);

您可以通过更改与该模型相关的数据字典中存储的MATLAB®变量值，在低保真度和高保真度模型之间进行切换。

plantDataDictionary = 金宝appSimulink.data.dictionary.open (“pathFollowingData.sldd”）;plantDataSet = getSection (plantDataDictionary,设计数据的）;%切换到高保真模式assignin (plantDataSet“useHighFidelity”1);

%切换到低保真度模式assignin (plantDataSet“useHighFidelity”, 0);

近似高保真固定翼模型和低保真制导模型

利用无人机制导模型块逼近高保真模型，建立阶跃控制信号，将其输入模型并观察阶跃响应RollAngle，高度,空速命令。

stepModel =“stepResponse”；open_system (stepModel)

首先，改变横摇角度。

controlBlock = get_param (“stepResponse /步骤控制输入”，“对象”）;controlBlock。StepControl =“RollAngle一步控制”；assignin (plantDataSet“useHighFidelity”1);sim (stepModel);

###成功更新了模型参考仿真目标为:模型重建行动的原因  ======================================================================================== PlantModel PlantModel_msf代码生成和编译。Mexa64并不存在。生成和编译的代码Mexa64并不存在。建造时间:0h 2m 13.087s

highFidelityRollAngle = RollAngle.Data (:);highFidelityTime = RollAngle.Time;图()图(highFidelityTime highFidelityRollAngle,“——r”）;标题(“横摇角度阶跃响应”）

图中包含一个坐标轴。标题为滚转角阶跃响应的轴包含一个类型线对象。

放大上面的仿真结果，你可以看到内置在高保真模型中的滚转角度控制器的特性。滚转角的稳定时间接近2.5秒。

Xlim ([75 80]) ylim([-0.1 0.548])

图中包含一个坐标轴。标题为滚转角阶跃响应的轴包含一个类型线对象。

对于一个二阶PD控制器，为了在一个临界阻尼系统中实现这个稳定时间，应该使用以下增益来配置无人机模型的低保真度变体中的无人机制导模型块。对于本例，无人机指导模型块是使用代码生成来模拟的，以提高多次运行的速度。请参见块参数。

ζ= 1.0;%临界阻尼t = 2.5;% 2的沉淀时间wn = 5.8335 / (ts *ζ);newRollPD = [wn^2 2*zeta*wn];

设置新的增益并模拟低保真度模型的阶跃响应。将它与最初的响应进行比较。

load_system uavModel set_param (固定翼模型/固定翼模型/低保真度/固定翼无人机制导模型，．..“PDRollFixedWing”, strcat (“(”num2str (newRollPD),“]”) save_system uavModel assignin (plantDataSet,“useHighFidelity”, 0);sim (stepModel);

###启动串行模型参考仿真构建###成功更新了模型参考仿真目标:模型重建行动的原因  =========================================================================================== FixedWingModel代码生成和编译模型或图书馆FixedWingModel已经改变了。1个模型建立(0个模型已经更新)建立时间:0小时0米25.693秒

lowFidelityRollAngle = RollAngle.Data (:);lowFidelityTime = RollAngle.Time;持有在；情节(lowFidelityTime lowFidelityRollAngle,“- b”）;传奇(“高保真的反应”，“低保真反应”，“位置”，“东南”）;

图中包含一个坐标轴。以滚动角度阶跃响应为标题的轴包含两个字线对象。这些对象代表高保真响应，低保真响应。

低保真度模型实现了类似的阶跃响应。类似地，我们可以调整其他两个控制通道:高度和空速．这里可以使用更复杂的方法来优化控制增益，而不是目测控制响应。考虑使用System Identification Toolbox®对高保真无人机模型行为进行进一步分析。

controlBlock。StepControl =“速度分级控制”；assignin (plantDataSet“useHighFidelity”, 0);sim (stepModel);

FixedWingModel的模型参考仿真目标是最新的。Build Summary 0 of 1 models built (1 models already up to date)构建时间:0h 0m 4.0824s

lowFidelityAirSpeed = AirSpeed.Data (:);lowFidelityTime = AirSpeed.Time;assignin (plantDataSet“useHighFidelity”1);sim (stepModel);

PlantModel的模型参考仿真目标是最新的。###成功更新模型参考仿真目标:模型重建行动的原因  ========================================================================================================================= FixedWingModel控制代码生成和编译变体useHighFidelity = = 0值已经从真为假。建造时间:0小时0米48.043秒

highFidelityAirSpeed = AirSpeed.Data (:);highFidelityTime = AirSpeed.Time;图()图(lowFidelityTime lowFidelityAirSpeed,“- b”）;持有在；情节(highFidelityTime highFidelityAirSpeed,“——r”）;传奇(“低保真反应”，“高保真的反应”，“位置”，“东南”）;标题(“风速阶跃响应”) xlim([70 80])

图中包含一个坐标轴。标题为“空气速度阶跃响应”的轴包含2个线型对象。这些对象代表低保真响应，高保真响应。

controlBlock。StepControl =“高度的一步控制”；assignin (plantDataSet“useHighFidelity”, 0);sim (stepModel);

###启动串行模型参考仿真构建###成功更新了模型参考仿真目标:模型重建行动的原因  ========================================================================================================================= FixedWingModel控制代码生成和编译变体useHighFidelity = = 1价值已经从真为假。建造时间:0小时0米22.09秒

lowFidelityHeight = Height.Data (:);lowFidelityTime = Height.Time;assignin (plantDataSet“useHighFidelity”1);sim (stepModel);

PlantModel的模型参考仿真目标是最新的。###成功更新模型参考仿真目标:模型重建行动的原因  ========================================================================================================================= FixedWingModel控制代码生成和编译变体useHighFidelity = = 0值已经从真为假。建造时间:0小时0米50.499秒

highFidelityHeight = Height.Data (:);highFidelityTime = Height.Time;图()图(lowFidelityTime lowFidelityHeight,“- b”）;持有在；情节(highFidelityTime highFidelityHeight,“——r”）;传奇(“低保真反应”，“高保真的反应”，“位置”，“东南”）;标题(“高阶跃响应”) xlim([70 150]) ylim([49 56])

图中包含一个坐标轴。标题为高度阶跃响应的轴包含两个类型为line的对象。这些对象代表低保真响应，高保真响应。

用低保真度模型测试导航算法

现在我们已经用无人机指导模型块，我们可以尝试用无人机制导模型块在固定翼无人机航路点跟随器调整的例子。针对不同保真度的模型，测试了前视距离和航向控制增益的影响。

navigationModel =“pathFollowing”；open_system (navigationModel);

assignin (plantDataSet“useHighFidelity”, 0);sim (navigationModel);

###启动串行模型参考仿真构建###成功更新了模型参考仿真目标:模型重建行动的原因  ========================================================================================================================= FixedWingModel控制代码生成和编译变体useHighFidelity = = 1价值已经从真为假。建造时间:0小时1米12.998秒

图visualizeSimStates (simStates);

图中包含一个坐标轴。轴包含204个类型为patch, line的对象。

用高保真模型进行验证

assignin (plantDataSet“useHighFidelity”1);sim (navigationModel);

PlantModel的模型参考仿真目标是最新的。###成功更新模型参考仿真目标:模型重建行动的原因  ========================================================================================================================= FixedWingModel控制代码生成和编译变体useHighFidelity = = 0值已经从真为假。建造时间:0小时0米59.562秒

图visualizeSimStates (simStates);

图中包含一个坐标轴。轴包含204个类型为patch, line的对象。

结论

这个例子展示了我们如何用固定翼无人机的低保真抽象来近似一个高保真模型。相反的方法也可以用来帮助选择高保真模型的自动驾驶仪控制增益。您可以首先通过在不同的测试场景中模拟一个低保真度模型来决定自动驾驶仪控制响应的可接受特性，然后相应地调整高保真度模型自动驾驶仪。

discardChanges (plantDataDictionary);清晰的plantDataSet清晰的plantDataDictionaryclose_system (uavModel 0);close_system (stepModel 0);close_system (navigationModel 0);