从低收入过渡到高保真无人机模型的三个阶段

这个示例使用:

发展无人机植物模型不断保持与最新的信息同步。

背景

无人飞行器(UAV)设计周期提供了增量更好地获取无人机特点设计的进展。通过增加它的忠诚,这些信息可以用来不断进化的植物模型通过基于模型的设计方法。

设计周期的末期,有足够的信息来开发一个高保真的植物。无人机精确模型, 高保真 模型包含建模所有部队和时刻,风能和 详细环境 效应和传感器。 然而,这种级别的信息可能不可用一个设计师在设计过程的早期。建立这样一个 复杂 模型,它可以采取几个飞行和风洞测试创建足够详细的空气动力系数来计算所有力量和影响无人机的时刻。这些因素 可能块指导算法设计到设计过程中,当一个更现实的估计无人机动力学。   

同时设计指导算法更快,无人机算法设计者 可以开始与低保真模型和发展他们的工厂模式和 当额外的数据变得可用

设计一个 指导算法 只用一个低保真模型还可以构成风险。没有控制器或空气动力学约束, 乐观指导技术可以为一个真正的失败 无人机与慢飞机动力学

这个例子强调了另一种方法。你进步的低保真 指导块 媒介然后 高保真 模型通过逐步添加层控制和动力学仿真。medium-fidelity模型在这个过程中,成为一个有用的工具有关植物的利用有限的信息模型来优化算法和测试指导。

因此medium-fidelity模型用来测试一个给定的路径跟踪算法。自从高保真模型不可用直到设计过程的结束, 高保真模型只使用后验证我们的建模方法通过比较阶跃响应和路径跟踪 行为。 

开放的例子和项目文件

访问的示例文件,单击打开生活的脚本或使用openExample函数。

openExample (“shared_uav_aeroblks / UAVFidelityExample”)

在本例中打开模型™金宝app项目提供。

cdfidelityExampleopenProject (“fidelityExample.prj”)

无人机模型的项目包含三个版本,低保真,medium-fidelity和高保真的步骤来研究他们的阶跃响应和路径跟踪行为。

低保真模型

假设你的无人机具有以下设计规格如下表所示。在这个模型中提供的低保真变体是调整来实现所需的响应,但您可以调整这些收益为您的特定需求。低保真植物使用无人机指导块无人机的降阶模型。运行低保真变体,单击模拟植物 快捷方式下低忠诚 群项目将来发布。

这个快捷方式FidelityStage参数设置为1,配置FidelityStepResponse模型模拟低保真模型,和输出阶跃响应。的阶跃响应计算高度、空速和辊响应。

打开无人机固定翼的指导模型块FidelityStepResponse / FixedWingModel / LowFidelity子系统。在配置 选项卡,检查设置高度,空速,辊反应。这个指导块集成控制器与飞机的动力学。低保真变种给出初步预估的速度无人机实际响应可以帮助优化高级规划师。

Medium-Fidelity模型

随着无人机设计的发展,升力和阻力系数。飞机的一个发动机是由用户选择,它定义了推力曲线。测试的有效性指导算法在这种新的信息,将这些信息添加到植物模型的例子在这一步。

设计一个medium-fidelity模型,该模型只需要初步 空气动力系数、推力曲线,和响应时间规范。medium-fidelity无人机模型,您可以使用固定翼点质量块。块只需要升力,阻力和推力投入,更容易在早期设计阶段近似比详细的部队和飞机的时刻。设置medium-fidelity变体,单击建立工厂 快捷方式下媒介忠诚 群项目将来发布。

检查车辆动力学模型中的选项卡下FidelityStepResponse / FixedWingModel / Fidelty中期/无人机动力学/车辆动力学。

medium-fidelity模型代表了无人机作为一个质点与主控制变量的攻角。这个medium-fidelity植物模型在滚,音高,推力控制输入。点质量块假设瞬时动态卷和攻角。这个模型使用一个传递函数模型滞后基于我们滚roll-response规范表中的共享在前一步。

medium-fidelity飞机控制球场而不是攻角。由于攻角是一个输入点质量块,植物模型转换向α使用以下方程。

$Θ = γ_{一个}$ + $α$

$Θ$ , $γ_{一个}$ 和 $α$ 代表,在风中飞行路线角坐标系,分别攻角。

与低保真模型,medium-fidelity分裂的自动驾驶仪装置动力学模型。medium-fidelity工厂需要一个和控制器height-pitch和airspeed-throttle控制添加。预定义的控制器提供使用标准PID-tuning循环达到满意的响应没有过度。检查和控制器,打开Outer_Loop_Autopilot 金宝app仿真软件模型。

Medium-Fidelity阶跃响应

低保真植物被假设所有调前一步中响应时间满足规范的无人机。为了验证这个假设,使用medium-fidelity植物。改善植物的阶跃响应的研究用于对比的性能低保真和medium-fidelity变体。模拟medium-fidelity阶跃响应,点击 模拟植物  快捷方式媒介忠诚 群项目将来发布。阶跃响应的情节表现为数字。

注意,该模型满足设计标准如下表所示,实现了空气速度沉降时间0.6秒和4.1秒的高度响应。然而,高响应比低保真慢变体。预计这种滞后反应由于额外的空气动力学约束放在medium-fidelity工厂。

模拟路径跟踪算法

与来自无人机medium-fidelity更准确的响应模型,您现在可以测试路径追随者或指导算法遵循锚点。算法设计的指导,看到“固定翼无人机的调优路标跟随者”的例子。

模拟和可视化medium-fidelity无人机路径模型后,单击 模拟路径追随者  快捷方式媒介忠诚 群项目将来发布。

注意,medium-fidelity无人机准确遵循所需的路径。

高阶跃响应

medium-fidelity模型被用来测试路径跟随器设计使用简单的飞机参数可以在早期设计状态。然而,重要的是要继续添加富达捕获无人机控制响应研究更复杂的情况。例如,允许使用更详细的空气动力学系数分析等复杂运动紧身上衣动作。另一个例子是,执行机构动力学可以研究内循环控制器后续影响态度,这可能会导致不稳定。通过这种方式,高保真设备允许控制系统设计的改进。在这一步中,研究反应的变化,我们看一个高保真工厂添加了这些动力学。

高保真工厂输入所有部队和时刻绑块,增加了机载传感器和致动器为无人机动力学模型。与mid-fidelity植物不同,高保真版本不采取的态度直接输入。相反,一个内部循环控制器添加到控制的态度。此外,偏航补偿回路平衡 零 侧滑。模型重用medium-fidelity模型和控制器设计。验证medium-fidelity模型提供了有用的中间信息,使用更高的保真度的反应模型。

模拟和可视化高保真阶跃响应,点击模拟植物 快捷方式下高保真 群项目将来发布。注意,尽管增加了复杂性,轨迹匹配与medium-fidelity模型。也注意到高保真的设计规范相对相同的阶段。这种相似性表明medium-fidelity植物模拟无人机动力学准确。