мультиротор
Модель Guidance для БПЛА мультиротора
Описание
Объект multirotor представляет модель руководства уменьшаемого порядка для беспилотного воздушного автомобиля (UAV). Модель аппроксимирует поведение системы с обратной связью, состоящей из контроллера автопилота и мультиротора 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 фиксированного крыла смотрите fixedwing.
Создание
model = multirotor создает модель движения мультиротора со значениями точности double для входных параметров, выходных параметров и параметров конфигурации модели руководства.
model = multirotor(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 мультиротором
Этот пример показывает, как использовать модель руководства multirotor, чтобы моделировать изменение в состоянии UAV из-за ввода команд.
Примечание: Чтобы использовать алгоритмы UAV, ou должен установить Библиотеку UAV для Robotics System Toolbox®. Чтобы установить, используйте roboticsAddons .
Создайте модель руководства мультиротора.
model = multirotor;
Создайте структуру состояния. Задайте местоположение в мировых координатах.
s = state(model); s(1:3) = [3;2;1];
Задайте команду управления, u, который задал список и тягу мультиротора.
u = control(model); u.Roll = pi/12; u.Thrust = 1;
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 как 13 n матрицей.
simOut = ode45(@(~,x)derivative(model,x,u,e), [0 3], s); size(simOut.y)
ans = 1×2
13 3536
Постройте изменение в углу вращения на основе симуляции вывод. Угол вращения (X Углов Эйлера) является 9-й строкой simOut.y вывод.
plot(simOut.y(9,:))
Постройте изменение в Y и положениях Z. С заданной тягой и углом вращения, мультиротор должен пролететь и потерять некоторую высоту. positve значение для Z ожидается, когда положительный Z снижается.
figure plot(simOut.y(2,:)); hold on plot(simOut.y(3,:)); legend('Y-position','Z-position') hold off
Можно также построить траекторию мультиротора с помощью plotTransforms. Создайте векторы перевода и вращения из моделируемого состояния. Субдискретизируйте (каждый 300-й элемент) и транспонируйте элементы simOut и преобразуйте Углы Эйлера в кватернионы. Задайте mesh как файл multirotor.stl и положительное Z-направление как "down". Отображенное представление показывает перевод UAV в направлении Y и потерю высоты.
translations = simOut.y(1:3,1:300:end)'; % xyz position rotations = eul2quat(simOut.y(7:9,1:300:end)'); % ZYX Euler plotTransforms(translations,rotations,... 'MeshFilePath','multirotor.stl','InertialZDirection',"down") view([90.00 -0.60])
Больше о
Уравнения модели руководства мультиротора UAV
Для мультироторов следующие уравнения используются, чтобы задать модель руководства UAV. Чтобы вычислить производную времени состояния UAV, использующего эти управляющие уравнения, используйте функцию derivative. Задайте входные параметры с помощью state, control и environment.
Положением UAV в наземном кадре является [xe, ye, ze] с ориентацией как Углы Эйлера ZYX, [ψ, ϴ, ϕ] в радианах. Угловыми скоростями является [p, q, r] в радианах в секунду.
Каркас кузова UAV использует координаты в качестве [xb, yb, zb].
При преобразовании координат от мира (земля) кадр к каркасу кузова UAV матрица вращения:
Because(x), и sin (x) сокращены как cx и sx.
Ускорением центра UAV массы в наземных координатах управляют:
m является массой UAV, g является силой тяжести, и Fthrust является общей силой, созданной пропеллерами, применился к мультиротору вдоль –zb оси (точки вверх в горизонтальном положении).
Контроллер отношения подачи списка с обратной связью аппроксимирует поведение 2 независимых контроллеров PD для этих двух углов поворота и 2 независимых контроллеров P для уровня отклонения от курса и втискивают. Угловой скоростью, угловым ускорением и тягой управляют:
Эта модель принимает, что автопилот берет в списке, которым управляют, подаче, углах отклонения от курса, [ψc, ϴc, ϕc] и общая сила тяги, которой управляют, Fcthrust. Структура, чтобы задать эти входные параметры сгенерирована от control.
Усиления P и D для входных параметров управления заданы как KPα и KDα, где α является или углом поворота или тягой. Эти усиления наряду с массой UAV, m, заданы в свойстве Configuration объекта multirotor.
От этих управляющих уравнений модель дает следующие переменные: 
Эти переменные совпадают с выводом функции state.
Ссылки
[1] Mellinger, Дэниел и Натан Майкл. "Генерация траектории и Управление для Точных Агрессивных Маневров с Quadrotors". Международный журнал Исследования Робототехники. 2012, стр 664-74.
Расширенные возможности
Смотрите также
Функции
control|derivative|environment|ode45|plotTransforms|roboticsAddons|state