Рейс инструмент Манометра визуализации для дрона
Импорт и визуализация журнала рейса беспилотника с помощью 3-D анимаций и рейса манометров вторжений. Этот пример получает высокоуровневый обзор эффективности в MATLAB ® с помощью функций Flight Instruments (Aerospace Toolbox) в Aerospace Toolbox™. Затем, чтобы просмотреть сигналы в пользовательском интерфейсе в Simulink ®, пример использует блоки Flight Instruments (Aerospace Blockset) Flight Instruments (Aerospace Blockset) (Aerospace Blockset) из Aerospace Blockset™
Пример извлекает интересующие сигналы из файла ULOG и воспроизводит траекторию рейса БПЛА в MATLAB. Затем эти сигналы воспроизводятся в модели Simulink с помощью приборных блоков.
Импорт журнала рейсов
Файл журнала дрона регистрирует информацию о рейсе в обычных временных интервалах. Эта информация дает представление о рейсе эффективности. Рейсы манометров прибора отображают навигационные переменные, такие как положение, высота и курс беспилотника. Файл журнала ULOG для этого примера был получен из модели самолета, работающей в симуляторе Gazebo.
Импортируйте файл журнала с помощью ulogreader. Создайте flightLogSignalMapping объект для файлов ULOG.
Чтобы понять соглашение сигналов, модулей и их системы координат, смотрите информацию в plotter объект. Эта информация об модулях в файле журнала становится важной при соединении сигналов с манометрами рейса.
data = ulogreader("flight.ulg"); plotter = flightLogSignalMapping("ulog"); info(plotter,"Signal")
ans=18×4 table
SignalName IsMapped SignalFields FieldUnits
_____________________ ________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________
"Accel" true "AccelX, AccelY, AccelZ" "m/s^2, m/s^2, m/s^2"
"Airspeed" true "PressDiff, IndicatedAirSpeed, Temperature" "Pa, m/s, degreeC"
"AttitudeEuler" true "Roll, Pitch, Yaw" "rad, rad, rad"
"AttitudeRate" true "BodyRotationRateX, BodyRotationRateY, BodyRotationRateZ" "rad/s, rad/s, rad/s"
"AttitudeTargetEuler" true "RollTarget, PitchTarget, YawTarget" "rad, rad, rad"
"Barometer" true "PressAbs, PressAltitude, Temperature" "Pa, m, degreeC"
"Battery" true "Voltage_1, Voltage_2, Voltage_3, Voltage_4, Voltage_5, Voltage_6, Voltage_7, Voltage_8, Voltage_9, Voltage_10, Voltage_11, Voltage_12, Voltage_13, Voltage_14, Voltage_15, Voltage_16, RemainingCapacity" "v, v, v, v, v, v, v, v, v, v, v, v, v, v, v, v, %"
"GPS" true "Latitude, Longitude, Altitude, GroundSpeed, CourseAngle, SatellitesVisible" "degree, degree, m, m/s, degree, N/A"
"Gyro" true "GyroX, GyroY, GyroZ" "rad/s, rad/s, rad/s"
"LocalENU" true "X, Y, Z" "m, m, m"
"LocalENUTarget" true "XTarget, YTarget, ZTarget" "m, m, m"
"LocalENUVel" true "VX, VY, VZ" "m/s, m/s, m/s"
"LocalENUVelTarget" true "VXTarget, VYTarget, VZTarget" "m/s, m/s, m/s"
"LocalNED" true "X, Y, Z" "m, m, m"
"LocalNEDTarget" true "XTarget, YTarget, ZTarget" "m, m, m"
"LocalNEDVel" true "VX, VY, VZ" "m/s, m/s, m/s"
⋮
Извлечение интересующих сигналов
Чтобы визуализировать рейс дрона с помощью приборных манометров, извлеките положение, скорость и воздушную скорость в каждое время. Укажите соответствующее имя сигнала из информационной таблицы на предыдущем шаге. Вызовите extract функция с соответствующими именами сигналов. Элемент временного вектора сигналов настраивается таким образом, чтобы они начинались с 0 секунд.
% Extract attitude and roll-pitch-yaw data. rpy = extract(plotter, data,"AttitudeEuler"); rpy{1}.Time=rpy{1}.Time-rpy{1}.Time(1); RollData = timetable(rpy{1}.Time,rpy{1}.Roll,... 'VariableNames',{'Roll'}); PitchData = timetable(rpy{1}.Time,rpy{1}.Pitch,... 'VariableNames',{'Pitch'}); YawData = timetable(rpy{1}.Time,rpy{1}.Yaw,... 'VariableNames',{'Yaw'}); % Extract position and xyz data. Position = extract(plotter, data,"LocalNED"); Position{1}.Time = Position{1}.Time-Position{1}.Time(1); X = timetable(Position{1}.Time,Position{1}.X,... 'VariableNames',{'X'}); Y = timetable(Position{1}.Time,Position{1}.Y,... 'VariableNames',{'Y'}); Z = timetable(Position{1}.Time,Position{1}.Z,... 'VariableNames',{'Z'}); % Extract velocity data. vel = extract(plotter, data,"LocalNEDVel"); vel{1}.Time=vel{1}.Time-vel{1}.Time(1); XVel = timetable(vel{1}.Time,vel{1}.VX,... 'VariableNames',{'VX'}); YVel = timetable(vel{1}.Time,vel{1}.VY,... 'VariableNames',{'VY'}); ZVel = timetable(vel{1}.Time,vel{1}.VZ,... 'VariableNames',{'VZ'}); % Extract Airspeed magnitude data. airspeed = extract(plotter, data,"Airspeed"); Airspeed = timetable(airspeed{1}.Time,airspeed{1}.IndicatedAirSpeed,... 'VariableNames',{'Airspeed'});
Преобразование модулей и данных предварительной обработки для манометров
Наш журнал рейсов регистрирует данные в единицах СИ. Полетные приборные манометры требуют преобразования в Aerospace Standard Unit System, представленную компанией English System. Это преобразование обрабатывается в блоке визуализации, доступном в присоединенной модели Simulink для пользователя. Координатор поворота указывает скорость рыскания самолета с помощью индикативного банковского движения (которое отличается от угла крена). В порядок для вычисления скорости рыскания преобразуйте угловые скорости из каркаса кузова в транспортное средство кадр как задано ниже:
Инклинометр, мяч в пределах координатора поворота, указывает боковую грань самолета. Этот угол боковой кромки основан на угле между корпусом самолета и вычисленной воздушной скоростью. Для точной воздушной скорости требуется хорошая оценка скорости и вектора ветра. Большинство небольших БПЛА не имеют датчиков для оценки данных о векторах ветра или воздушной скорости во время полета. БПЛА могут столкнуться с 20-50% своей воздушной скорости в виде перекрестных ветров.
- =
Чтобы вычислить боковину и поворот, извлеките данные о ветре и скорости ориентации непосредственно из файла журнала.
% Extract roll, pitch and yaw rates and an estimated windspeed. [p,q,r,wn,we] = helperExtractUnmappedData(data); % Merge timetables. FlightData = synchronize(X,Y,Z,RollData,PitchData,YawData,XVel,YVel,ZVel,p,q,r,Airspeed,wn,we,'union','linear'); % Assemble an array for the data. FlightDataArray = double([seconds(FlightData.Time) FlightData.X FlightData.Y FlightData.Z FlightData.Roll ... FlightData.Pitch FlightData.Yaw,FlightData.VX,FlightData.VY,... FlightData.VZ,FlightData.p,FlightData.q,FlightData.r,FlightData.Airspeed,FlightData.wn,FlightData.we]); % Ensure time rows are unique. [~,ind]=unique(FlightDataArray(:,1)); FlightDataArray=FlightDataArray(ind,:); % Preprocess time data to specific times. flightdata = double(FlightDataArray(FlightDataArray(:,1)>=0,1:end));
Визуализация стандартных данных полетных приборов в MATLAB
Чтобы получить быстрый обзор рейса, используйте интерфейс анимации, введенный в примере Display Flight Trajectory Data Using Flight Instruments and Flight Animation (Aerospace Toolbox). Функция помощника helperDroneInstruments создает интерфейс анимации приборов.
helperDroneInstruments;
Циферблат индикатора Airspeed указывает скорость дрона. Индикатор Artificial Horizon раскрывает отношение беспилотника исключая рыскание. Индикаторы Altimeter и Climb Rate показывают высоту, зарегистрированную в барометре и датчиках скорости набора высоты соответственно. Координатор поворота указывает скорость рыскания самолета и боковой кромки. Если инклинометр наклоняется налево или вправо, это означает скольжение или занос ситуации. В скоординированном повороте боковая кромка должна быть нулем.
Визуализация сигналов в Simulink
В Simulik можно создать пользовательскую визуализацию сигналов, используя блоки intument, чтобы помочь диагностировать проблемы с рейсом. Для примера, данных о напряжении и батарее в файлах журнала может помочь диагностировать отказы из-за неадекватных степеней или всплесков напряжения. Извлеките данные теста ниже, чтобы визуализировать их.
% Extract battery data. Battery = extract(plotter,data,"Battery"); % Extract voltage data from topic. Voltage = timetable(Battery{1}.Time,Battery{1}.Voltage_1,... 'VariableNames',{'Voltage_1'}); % Extract remaing battery capacity data from topic. Capacity = timetable(Battery{1}.Time,Battery{1}.RemainingCapacity,... 'VariableNames',{'RemainingCapacity'});
Откройте 'dronegauge' модель, которая принимает загруженные данные и отображает их на разных манометрах и рисунке анимации БПЛА.
open_system('dronegauges'); 
Запустите модель. Сгенерированный рисунок показывает траекторию БПЛА в режиме реального времени и манометры показывают текущее состояние рейса.
sim('dronegauges');