Модель Guidance для БПЛА фиксированного крыла
Объект fixedwing представляет модель руководства уменьшаемого порядка для беспилотного воздушного автомобиля (UAV). Модель аппроксимирует поведение системы с обратной связью, состоящей из контроллера автопилота и фиксированного крыла кинематическая модель для 3-D движения.
Этот объект требует, чтобы вы установили Библиотеку UAV для Robotics System Toolbox™. Чтобы установить дополнения, используйте roboticsAddons и выберите желаемое дополнение.
Для БПЛА мультиротора смотрите multirotor.
model = fixedwing создает модель движения фиксированного крыла со значениями точности double для входных параметров, выходных параметров и параметров конфигурации модели руководства.
model = fixedwing(DataType) задает точность типа данных (свойство DataType) для входных параметров, выходных параметров и параметров настроек модели руководства.
control | Управляйте командами для UAV |
derivative | Производная времени состояний UAV |
environment | Экологические входные параметры для UAV |
state | Вектор состояния UAV |
Этот пример показывает, как использовать модель руководства fixedwing, чтобы моделировать изменение в состоянии UAV из-за ввода команд.
Примечание: Чтобы использовать алгоритмы UAV, необходимо установить Библиотеку UAV для Robotics System Toolbox®. Чтобы установить, используйте roboticsAddons .
Создайте модель руководства фиксированного крыла.
model = fixedwing;
Установите воздушную скорость автомобиля путем изменения структуры от функции state.
s = state(model);
s(4) = 5; % 10 m/sЗадайте команду управления, u, который поддерживает воздушную скорость и дает угол вращения pi/12.
u = control(model); u.RollAngle = pi/12; u.AirSpeed = 5;
Создайте стандартную среду без ветра.
e = environment(model);
Вычислите производную времени состояния, учитывая текущее состояние, управляйте командой и средой.
sdot = derivative(model,s,u,e);
Моделируйте состояние UAV использование интегрирования ode45. Поле y выводит фиксированное крыло состояния UAV на основе этой симуляции.
simOut = ode45(@(~,x)derivative(model,x,u,e), [0 50], s); size(simOut.y)
ans = 1×2
8 904
Постройте изменение в углу вращения на основе симуляции вывод. Угол вращения является 7-й строкой simOut.y вывод.
plot(simOut.y(7,:))
Можно также построить траекторию фиксированного крыла с помощью plotTransforms. Создайте векторы перевода и вращения из моделируемого состояния. Субдискретизируйте (каждый 30-й элемент) и транспонируйте элементы simOut и преобразуйте Углы Эйлера в кватернионы. Задайте mesh как файл fixedwing.stl и положительное Z-направление как "down". Отображенное представление показывает UAV, делающий постоянный поворот на основе постоянного угла вращения.
downsample = 1:30:size(simOut.y,2); translations = simOut.y(1:3,downsample)'; % xyz-position rotations = eul2quat([simOut.y(5,downsample)',simOut.y(6,downsample)',simOut.y(7,downsample)']); % ZYX Euler plotTransforms(translations,rotations,... 'MeshFilePath','fixedwing.stl','InertialZDirection',"down") hold on plot3(simOut.y(1,:),-simOut.y(2,:),simOut.y(3,:),'--b') % full path xlim([-10.0 10.0]) ylim([-20.0 5.0]) zlim([-0.5 4.00]) view([-45 90]) hold off
Для БПЛА фиксированного крыла следующие уравнения используются, чтобы задать модель руководства UAV. Используйте функцию derivative, чтобы вычислить производную времени состояния UAV, использующего эти управляющие уравнения. Задайте входные параметры с помощью state, control и функций environment.
Положением UAV в наземном кадре является [xe, ye, h] с ориентацией как направляющийся угол, угол курса полета и угол вращения, [χ, γ, ϕ] в радианах.
Модель принимает, что UAV летит при условии скоординированного поворота с нулевым заносом. Автопилот управляет скоростью полета, высотой и направляющимся углом. Соответствующие уравнения движения:
Va и Vg обозначают воздух UAV и скорости относительно земли.
Скорость ветра задана как [Vwn, Vwe, Vwd] для севера, востока, и вниз направлений. Чтобы сгенерировать структуру для этих входных параметров, используйте функцию environment.
k* является усилениями контроллера. Чтобы задать эти усиления, используйте свойство Configuration объекта fixedwing.
От этих управляющих уравнений модель дает следующие переменные: 
Эти переменные совпадают с выводом функции state.
[1] Рэндал В. Бирд и Тимоти В. Маклэйн. "Глава 9". Маленькая беспилотная теория самолета и практика, NJ: Издательство Принстонского университета, 2012.
control | derivative | environment | ode45 | plotTransforms | roboticsAddons | state