fixedwing
Модель Guidance для БПЛА фиксированного крыла
Описание
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.
Примечание
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.
Создание
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.
Свойства
Функции объекта
control | Управляйте командами для UAV |
derivative | Производная времени состояний UAV |
environment | Экологические входные параметры для UAV |
state | Вектор состояния UAV |
Примеры
Моделируйте команду управления Фиксированного Крыла
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
Больше о
Уравнения модели руководства UAV Фиксированного Крыла
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.
Ссылки
[1] Рэндал В. Бирд и Тимоти В. Маклэйн. "Глава 9". Маленькая беспилотная теория самолета и практика, NJ: Издательство Принстонского университета, 2012.
Расширенные возможности
Смотрите также
Функции
control|derivative|environment|ode45|plotTransforms|roboticsAddons|state