NASA实习生开发制导,导航和控制软件的四轴飞行器与基于模型的设计

挑战

给工程实习生动手在航空航天领域工作经验

建立在实习生使用基于模型的设计到模型的程序,模拟,实施和飞行GNC算法多转子飞机

结果

  • GNC algorithms developed and implemented in 10 weeks
  • 硬件集成简化
  • Practical engineering experience acquired

基于模型的设计使得在NASA MSFC两种工作的工程师和实习生的工作效率。学生们有更多的乐趣,因为他们可以运行他们在Simulink上一个真正的处理器创建GNC算法和快速把事情做好。金宝app

NASA实习生与四轴车辆和ArduPilot米加2.5硬件工作。

在NASA实习工作提供配合航天项目工程专业的学生提供机会,并把他们介绍给由执业工程师所使用的工具和流程。

NASA’s Marshall Space Flight Center (MSFC) meets these objectives with a program in which interns and junior engineers use Model-Based Design with MATLAB®和Sim金宝appulink®to develop guidance, navigation, and control (GNC) software for small multirotor aircraft.

With Model-Based Design, young engineers can build hardware, write flight software, and conduct flight tests to validate their models and control design in a 10-week program. They use the same tools the NASA MSFC team used to develop the GNC algorithms for the Mighty Eagle robotic lander and other systems.

挑战

美国航天局MSFC团队寻求一个现实而经济的方式给他们机会实习生直接与飞行软件和硬件。他们选择的程序的四轴车辆和ArduPilot米加2.5硬件,但这种方法带来了一些挑战。

首先,他们需要提供本科的工程师,很多人几乎没有控制设计或编程经验,具有易于学习的工具,他们可以利用迅速发展GNC算法。其次,避免损坏飞机,他们需要一个模拟环境,这将使实习生飞行试验前验证他们的算法。最后,他们需要为实习生部署算法的ArduPilot硬件和交互与加速度计,陀螺仪,并在ArduPilot板其他传感器的简单方法。

美国航天局MSFC小组选择基于模型的设计与MATLAB和Simulink对他们的工程实习计划。金宝app

实习生通过查看mathworks.com Simulink的教程和参加由美国航空航天局的工程师进行培训课程学习的建模金宝app,仿真和控制设计在Simulink。

从组装的套件的四轴后,将它们建立在Simulink的四轴的六度的自由度模型,使用航天模块库™到运动方程建模。金宝app

在仿真软件工作,他们创金宝app建一个控制器模式l to provide stability augmentation for the quadcopter. To access input from ArduPilot sensors, including accelerometers, gyros, and the magnetometer, they add blocks from theAPM2Simulink Blockset to their controller model.

They acquire a linear model from Simulink, analyze the gain and phase margin with the SISO Design Tool from Control System Toolbox™, and then run simulations to verify the control system performance. Using a block from Aerospace Blockset, they connect the model to FlightGear flight simulation software to visualize simulation results, and then refine their design based on those results.

Using the Run on Target Hardware feature of Simulink, the interns load their controller model directly onto the ArduPilot Mega hardware for flight testing.

他们在后处理MATLAB记录的飞行数据,并使用结果进行微调他们的控制算法和工厂模型。

NASA MSFC的工程师们目前正在修订自己的实习计划。新版本将使用hexacopter。所述ArduPilot米加硬件将与更强大的处理器Pixhawk,这将使实习生掺入卡尔曼滤波,实现滑动模式控制,以及手柄发动机排出的条件进行更换。他们会从他们的Simulink模型使用嵌入式编码产生的Pixhawk目标C代码金宝app®

结果

  • GNC algorithms developed and implemented in 10 weeks。For working aerospace engineers, it can be a daunting task to develop a high-level control algorithm, write it in C, and integrate it with other code needed to fly the aircraft. With Model-Based Design, NASA interns develop their control algorithms and have them flying in 10 weeks.

  • 硬件集成简化。只需点击一下,实习生部署了Simulink模型到Arduino和准备,以测试他们的算法在飞行。金宝app使用具有ArduPilot硬件金宝appAPM2 Simulink的模块组简化的通信。

  • Practical engineering experience acquired。一个实习生的使用,他获得了美国宇航局的知识来设计他的第四年的工程设计项目飞行控制的先进的卡尔曼滤波器。另外有一个工作机会模拟四轴飞行器,在因为他的基于模型的设计体验的一部分。