这个例子展示了如何使用Simulink®建模四轴飞行器,基于金宝appParrot®系列微型无人机。
要管理模型和源文件,它使用项目管理.
为了在三维环境中展示四轴飞行器,它使用了Simulink 3D动画。金宝app
对于飞行仿真应用的协同开发,它提供了飞行仿真应用模板的实现。
这个例子适用于金宝appSimu金宝applink支持包用于Parrot MiniDrones.
笔记:要成功运行此示例,您必须安装C / C ++编译器。
运行以下命令以为此示例创建和打开项目文件的工作副本:
下面的原理图显示了四轴飞行器的物理特性:
轴
质量和惯性
转子
轴
Quadcopter体轴以重心为中心。
这X-axis在重心开始,沿Quadcopter鼻子的方向上的点开始。
这y-axis从重心开始,并向Quadcopter右侧开始。
这Z.- 在右手规则之后,XIS从重心开始,从Quadcopter向下点。
质量和惯性
我们假设整个身体用作粒子。文件vehicleVars
包含了惯性和质量的值。
转子
转子#1相对于Z.设在。它位于平行于xy-plane, -45度X设在。
转子#2相对于阀体负向旋转Z.设在。它位于平行于xy- 平面,-135度X设在。
3号转子与1号转子的转动方向相同。它位于平行于xy-plane,135度X设在。
4号转子与2号转子的转动方向相同。它位于平行于xy-平面,45度X设在。
本例使用了Prouty[1]定义的方法,并适用于pond等人[2]的重型四轴飞行器。
对于控制,四轴飞行器使用互补滤波器估计姿态,卡尔曼滤波器估计位置和速度。这个例子实现了:
用于俯仰/滚动控制的PID控制器
偏航的PD控制器
一个PD控制器的位置控制在东北- down坐标
这controllerVars
文件包含与控制器相关的变量。这估计
文件包含与估算器相关的变量。
该示例将控制器和估算器实现为模型子系统,从而实现估算器和控制器的多种组合进行设计。
为四轴飞行器提供输入(在俯仰,滚转,偏航,北(X),东(Y),下(Z)坐标),使用下列之一并改变VSS_命令
Workspace中的变量:
A Signal Editor块
操纵杆
以前保存的数据
电子表格数据
这个例子使用了一组传感器来确定它的状态:
惯性测量单元(IMU),用于测量角速率和平移加速度。
用于光流估计的摄像机。
用于测量高度的声纳。
该示例存储文件中传感器的特征sensorVars
.要在这些测量中包含传感器动态,您可以更改VSS_SENSORS
变量。
该模型实现了多个航空航天块集™环境块,包括气氛和重力模型。要包含这些模型,可以更改VSS_ENVIRONMENT
变量,以在变量和固定的环境模型之间切换。
该模型使用了trimLinearizeOpPoint
使用Simulink Control Design(R)线性化Quadcopter的非线性模型。金宝app
为了确保轨迹生成工具能够正常工作,本实例在Traomporytest.
文件。有关如何执行此操作的更多信息,请参阅Simulink控制设计金宝app开始使用Simulink控制设计金宝app(金宝appSimulink Control Design)).
你可以通过以下方式来可视化四轴飞行器的变量:
使用仿真数据检查器。
使用飞行仪器块。
在不同的可视化变量子系统之间切换。您可以通过更改不同的变体子系统在不同的变体子系统之间切换VSS_VISUALIZATION
多变的。请注意,其中一个变体是一个飞机动画。要使用此动画,您必须向项目添加四转器的Flairgear兼容模型。该软件不包括此模型。
使用dubin方法的轨迹生成工具创建一组导航航点。要使用一组航点创建轨迹,此方法使用位置,标题,转弯曲率和转动方向定义一组姿势。
要启动工具,请确保项目处于打开状态并运行:
以下界面显示:
该接口有几个面板:
路点
这个面板描述了轨迹工具需要的姿态。要定义这些姿势,面板使用文本框:
北和东(米数)
标题(来自北的学位)
曲率(转弯曲率米^-1)
转动(顺时针或逆时针方向)
姿势列表显示在文本框右侧的航点列表中。
要添加路径点,请在编辑框中输入姿势值并单击添加.新的路径点出现在同一个面板的路径点列表中。
要编辑路径点的特征,请在列表中选择该路径点并单击编辑.在编辑框中显示的航点的特征。根据需要编辑特征,然后单击好吧.若要取消更改,请单击取消.
要删除航点,请在“航点”列表中,选择航点并单击删除.
禁飞区
面板定义了无飞区域的位置和特征。要定义空缺区,面板使用文本框:
北和东(米数)
半径(米距离)
保证金(安全裕度以米为单位)
使用添加那删除那编辑那好吧,取消按钮的方式与路径点面板相同。
绘制轨迹
本面板根据航路点和无飞区域特征绘制Apple Hill Campus Airaial原理图的轨迹。
要生成轨迹,请将航路点和禁飞区特征添加到相应的面板中,然后单击生成轨迹.
要保存当前在面板中的轨迹,请单击保存按钮。这个按钮只能保存你最后的轨迹。
要加载最后保存的轨迹,单击负载.
要加载默认轨迹,请按加载默认的按钮。
要清除航路点和禁飞区面板中的值,请单击清晰的.
默认数据包含玩具Quadcopter使用其相机的特定位置的姿势,因此地面上的飞行员可以估计屋顶上的雪的高度。为每个辅助发电机定义了三个无飞区域,因此在Quadcopter中存在故障,它不会对校园基础设施造成任何损坏。
当示例生成默认数据的轨迹时,绘图应如下所示:
红线代表轨迹,黑色X标记物决定了轨迹的变化或特定的姿势。蓝线表示特定路径点的标题,伴随特定的姿态。禁飞区用绿色圆圈表示。
如果你有Simulink 3金宝appD动画许可证,你也可以查看Apple Hill校园的三维轨迹:
笔记:出于可视化原因,二岔阀的3D表示与环境不同。
直升机性能,稳定性和控制。PWS出版社,2005年。
[2]池塘,P.,Mahony,R.,Corke,P.大型四轮车机器人的建模与控制。控制工程实践。2010年。