multirotor
Модель руководства для мультироторных БПЛА
Описание
A multirotor объект представляет собой модель наведения пониженного порядка для беспилотного летательного транспортного средства (БПЛА). Модель аппроксимирует поведение системы с обратной связью, состоящей из контроллера автопилота и мультироторной кинематической модели для 3-D движения.
Для фиксированных БПЛА см. fixedwing.
Создание
model = multirotor создает мультироторную модель движения с double значения точности для входов, выходов и параметров конфигурации модели руководства.
model = multirotor(DataType) определяет точность типа данных (DataType свойство) для входов, выходов и параметров строений модели руководства.
Свойства
Функции объекта
control | Команды управления для БПЛА |
derivative | Производная по времени от состояний БПЛА |
environment | Входы окружающей среды для БПЛА |
state | Вектор состояния БПЛА |
Примеры
Симулируйте команду мультироторного управления
В этом примере показано, как использовать multirotor модель руководства для симуляции изменения состояния БПЛА из-за входных команд.
Создайте модель мультироторного руководства.
model = multirotor;
Создайте структуру состояния. Укажите местоположение в мировых координатах.
s = state(model); s(1:3) = [3;2;1];
Задайте команду управления, u, который определил крен и тягу мультиротора.
u = control(model); u.Roll = pi/12; u.Thrust = 1;
Создайте окружение по умолчанию без ветра.
e = environment(model);
Вычислите производную по времени от состояния с учетом текущего состояния, команды управления и окружения.
sdot = derivative(model,s,u,e);
Симулируйте состояние БПЛА с помощью ode45 интегрирование. The y поле выводит мультироторные состояния БПЛА в виде матрицы 13 на n.
simOut = ode45(@(~,x)derivative(model,x,u,e), [0 3], s); size(simOut.y)
ans = 1×2
13 3536
Постройте график изменения угла крена на основе выходов симуляции. Угол крена (угол X Эйлера) является 9-й строкой simOut.y выход.
plot(simOut.y(9,:))
Постройте график изменения положения Y и Z. При заданном угле тяги и крена мультиротор должен перелететь и потерять некоторую высоту. Положительное значение для Z ожидается, так как положительное Z меньше.
figure plot(simOut.y(2,:)); hold on plot(simOut.y(3,:)); legend('Y-position','Z-position') hold off
Можно также построить график мультироторной траектории с помощью plotTransforms. Создайте векторы смещения и поворота из моделируемого состояния. Downsample (каждый 300-й элемент) и транспонируйте simOut элементы и преобразуйте углы Эйлера в кватернионы. Задайте mesh как multirotor.stl файл и положительное Z-направление как "down". Отображаемый вид показывает БПЛА, перемещающийся в Y-направлении и теряющий высоту.
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])
Подробнее о
Уравнения модели мультироторного руководства БПЛА
Для мультироторов для определения модели наведения БПЛА используются следующие уравнения. Чтобы вычислить производную по времени состояния БПЛА, используя эти управляющие уравнения, используйте derivative функция. Задайте входы используя state, control, и environment.
Положение БПЛА в земной системе координат [xe, ye, ze] с ориентацией как Углы Эйлера ZYX, [ψ, ϴ, ϕ] в радианах. Скорости вращения [p, q, r] в радианах в секунду.
Каркас кузова БПЛА использует координаты как [xb, yb, zb].
Матрица вращения, которая вращается от мира к каркасу кузова, является:
cos (x) и sin (x) сокращаются как cx и sx.
Ускорение центра масс БПЛА в земных координатах определяется:
m - масса БПЛА, g - сила тяжести, а Fthrust - общая сила, создаваемая гребными винтами, приложенными к мультиротору вдоль оси - zb (точки вверх в горизонтальном положении).
Контроллер ориентации крена с обратной связью аппроксимируется поведением 2 независимых ПД-контроллеров для двух углов поворота и 2 независимых P-контроллеров для скорости рыскания и тяги. Скорость вращения, угловое ускорение и тяга управляются:
Эта модель принимает, что автопилот принимает в командном крене, тангаже, скорости рыскания, [c, ϴc, ϕ.c] и командуемая общая сила тяги, Fcтяга. Структура для задания этих входов сгенерирована из control.
Коэффициент усиления P и D для входов управления заданы как KPα и KDα, где α является углом поворота или упором. Эти усиления вместе с массой БПЛА, m, указаны в Configuration свойство multirotor объект.
Из этих управляющих уравнений модель задает следующие переменные: 
Эти переменные совпадают с выходными данными state функция.
Ссылки
[1] Меллинджер, Дэниел и Нейтан Майкл. «Траектория Генерации и управление для точных агрессивных маневров с квадроторами». Международный журнал исследований робототехники. 2012, с. 664-74.