Переход от низко до высокого качества модели UAV на трех этапах

Этот пример использует:

Имитационным моделям для БПЛА часто нужны разные уровни точности во время различных стадий разработки. Разработчик системы может получить инкрементно лучший доступ к характеристикам UAV, в то время как проект прогрессирует.

В модели Approximate High-Fidelity UAV с примером блока Model Руководства UAV вы настраиваете блок руководства, чтобы совпадать с характеристиками высокочастотного самолета с неподвижным крылом. Однако еще немного совершенствовались, параметры моделирования не могут быть доступными в той точке, когда проект происходит. Это может включать модели датчика, полное моделирование аэродинамики и динамику привода.

В этом примере показано, как спроектировать модель средней точности использование аэродинамических коэффициентов, толкайте кривые и технические требования времени отклика. Принятие высокочастотной модели недоступно, пока конец процесса проектирования, эта модель средней точности не позволяет вам протестировать своего планировщика пути и спроектировать контроллер среднего уровня, не будучи нужен в сложности высокочастотной модели.

Когда высокочастотная модель сделана доступной, можно затем смоделировать дополнительные эффекты и изучить измененный отклик системы. Сравните модель средней точности с комплексной высококачественной системой по желаемому набору waypoints. Этот пример демонстрирует, что модель средней точности обеспечила точную оценку траектории UAV и переходного процесса.

Открытые файлы примера и проекта

Чтобы получить доступ к файлам в качестве примера, нажмите Open Live Script или используйте openExample функция.

openExample('shared_uav_aeroblks/UAVFidelityExample')

Откройте проект Simulink™, предоставленный в этом примере.

cd fidelityExample
openProject('fidelityExample.prj')

Модель низкого качества

Примите, что ваш UAV имеет эти необходимые технические требования проекта для переходного процесса, чтобы прокрутиться, высота и команды скорости полета.

Чтобы запустить вариант низкого качества, кликните по Симулировать ярлыку Объекта под группой Низкого качества панели инструментов проекта.

Этот ярлык устанавливает FidelityStage параметр к 1, конфигурирует модель FidelityStepResponse, чтобы симулировать модель низкого качества и выводит переходной процесс. Переходной процесс вычисляется для высоты, скорости полета и ответа крена.

Откройте UAV Фиксированный блок Model Руководства Крыла в FidelityStepResponse/FixedWingModel/LowFidelity подсистеме. Смотрите набор усилений для высоты, скорости полета и ответа крена во вкладке Configuration. Вариант низкого качества, обеспеченный в этой модели, уже настраивается, чтобы достигнуть желаемого ответа, но вы могли настроить эти усиления для своих конкретных требований. Этот блок руководства интегрирует контроллер с динамикой самолета. Используйте этот вариант низкого качества в качестве первой оценки того, как быстро UAV может реалистично ответить высокоуровневым планировщикам мелодии.

Средняя модель точности

В то время как проект UAV прогрессирует, лифт и коэффициенты сопротивления становятся доступными. Двигатель для самолета выбран, который задает кривые тяги. Чтобы лучше предсказать ответ UAV, усильте эту информацию, чтобы улучшить вашу модель. Масса Точки Фиксированного Крыла (Aerospace Blockset) от Aerospace Blockset™ принимает эти параметры и оценивает динамику аппарата.

Чтобы настроить вариант средней точности, кликните по ярлыку Объекта Setup под Средней группой Точности панели инструментов проекта.

Исследуйте вкладку Vehicle Dynamics в модели под Динамикой/Динамикой аппарата Объекта FidelityStepResponse/FixedWingModel/Mid Fidelty/UAV.

Модель средней точности обрабатывает UAV как массу точки с первичными контрольными переменными, являющимися углом нападения и крена. Эта модель объекта управления средней точности берет в крене, тангаже, тяге как входные параметры управления. Блок массы точки принимает мгновенную динамику крена и угол нападения. Эта модель использует передаточную функцию для задержки крена модели на основе нашей спецификации ответа крена.

Самолет управляет тангажом использования вместо угла нападения. Чтобы вычислить угол блока массы точки входа нападения, модель объекта управления преобразует от тангажа до альфы с помощью этого уравнения.

$Θ = γ_{a}$ + $α$

$Θ$ , $γ_{a}$ и $α$ представляйте тангаж, угол угла тангажа в системе координат ветра и угол нападения соответственно.

В отличие от модели низкого качества, для модели средней точности нужен высокоуровневый контроллер для Тангажа Высоты и Скорости полета, чтобы Отрегулировать управление. Предопределенные диспетчеры используют стандартные настраивающие ПИД циклы, чтобы достигнуть удовлетворительного ответа без перерегулирования. Чтобы смотреть контроллер внешнего контура, откройте Outer_Loop_Autopilot Модель Simulink.

Средний переходной процесс точности

Затем изучите переходной процесс объекта средней точности. Чтобы симулировать переходной процесс средней точности, кликните по Симулировать ярлыку Объекта под Средней группой Точности панели инструментов проекта. Переходные процессы появляются как фигуры.

Заметьте, что модель достигает воздушного времени урегулирования скорости 0,6 секунд и ответа высоты 4,1 секунд, который соответствует нашим критериям расчета. Однако ответ высоты медленнее, чем вариант низкого качества. Эта задержка в ответ ожидается из-за дополнительных аэродинамических ограничений, помещенных в объект средней точности.

Симулируйте алгоритм следования траектории

С более точным ответом от модели объекта управления UAV можно теперь протестировать планирование пути или алгоритмы руководства, чтобы следовать за waypoints с моделью средней точности. В этом примере обеспеченные waypoints имеют крутое усиление на 100 м сначала к второму waypoint, сопровождаемому маленьким усилением вертикального изменения на 50 м между последними двумя waypoints.

Чтобы симулировать и визуализировать среднюю точность модель следования траектории UAV, кликните по Симулировать ярлыку Последователя Пути под Средней группой Точности панели инструментов проекта. FidelityPathFollowing модель настраивает waypoint последователя для фиксированного крыла UAV. Для получения дополнительной информации смотрите Настройку Последователь Waypoint для Fixed-Wing UAV.

Заметьте среднюю точность, UAV следует за желаемым путем точно.

После разработки высокоуровневого алгоритма управления и waypoint последователя с моделью средней точности, этот пример иллюстрирует, что моделирование большего количества динамики могло привести к различному ответу UAV на определенные команды. Добавление новой динамики привода может сделать любой тангаж или прокрутиться, вход имеют отсроченную реакцию. Эта задержка в ответ может потребовать, чтобы вы спроектировали контроллер элерона крена и лифт тангажа. Ограничение модели массы точки - то, что она принимает нулевой занос. На следующих шагах вы моделируете контроллер более высокой точности, ненулевую динамику заноса, и добавляете цикл компенсации рыскания, чтобы сбалансировать этот эффект.

Высококачественный переходной процесс

Высокочастотные модели объекта управления самолет с помощью блока 6-DOF, добавляют встроенные датчики и погода моделей для среды. Повторные использования модели контроллер внешнего контура, который использует настройку ПИДа. Ответ модели более высокой точности должен подтвердить предоставленную полезную промежуточную информацию той средней точности.

Чтобы симулировать и визуализировать высокочастотный переходной процесс, кликните по Симулировать ярлыку Объекта под Высококачественной группой панели инструментов проекта.

Заметьте, что траектория соответствует хорошо с моделью средней точности несмотря на добавленную сложность. Кроме того, заметьте, что техническими требованиями проекта является относительно то же самое для высокочастотного этапа, который показывает, что объект средней точности смоделировал динамику UAV точно.

Симулируйте алгоритм следования траектории для высокочастотного

Наконец, протестируйте алгоритм руководства с помощью высокочастотного объекта, чтобы получить итоговые характеристики следования траектории UAV. Кликните по Симулировать ярлыку Последователя Пути под Высококачественной группой панели инструментов проекта.

Заметьте, что модель получает подобный ответ на модель средней точности использование руководства и параметров управления внешнего контура.

Заключение

Модель средней точности точно предсказала динамику UAV с помощью молодых параметров, доступных во время проекта. Пример спроектировал контроллер и настроил waypoint последователя, не будучи нужен в высокочастотном объекте. Разделение автопилота и динамики объекта позволило более сглаженный переход от низкого и среднего до высокого качества. Этот подход мог быть расширен путем добавления динамики привода в модель средней точности как другой промежуточный шаг.

Документация