Модели симуляции для БПЛА часто нуждаются в разных уровнях точности на разных этапах разработки. Системный конструктор может получить пошагово улучшенный доступ к характеристикам БПЛА по мере развития проекта.
В примере блока аппроксимации модели БПЛА High-Fidelity с БПЛА Guidance Model вы настраиваете блок наведения так, чтобы он совпадал с характеристиками высокоточного самолета. Однако некоторые более расширенные параметры моделирования могут быть недоступны в этой точке, когда проект находится в прогрессе. Это может включать модели датчиков, полное моделирование аэродинамики и динамику привода.
В этом примере показано, как спроектировать модель средней точности с использованием аэродинамических коэффициентов, кривых тяги и спецификаций времени отклика. Если предположить, что модель высокой точности недоступна до конца процесса проекта, эта модель средней точности позволяет вам протестировать планировщик пути и разработать контроллер среднего уровня, не нуждаясь в сложности модели высокой точности.
Когда высокоточная модель станет доступной, можно затем смоделировать дополнительные эффекты и изучить измененные отклики системы. Сравните модель средней точности со сложной системой высокой точности над желаемым набором путевых точек. Этот пример демонстрирует, что модель средней точности предоставила точную оценку траектории БПЛА и переходную характеристику.
Чтобы получить доступ к файлам примера, нажмите Open Live Script или используйте openExample функция.
openExample('shared_uav_aeroblks/UAVFidelityExample')
Откройте Simulink™ проект, представленный в этом примере.
cd fidelityExample openProject('fidelityExample.prj')
Предположим, что ваш БПЛА имеет эти необходимые проекты характеристики для команд переходной характеристики на крен, высоту и воздушную скорость.
Чтобы запустить вариант с низкой точностью, щелкните ярлык Simulate Plant в группе Low Fidelity на панели инструментов проекта.
Этот ярлык устанавливает FidelityStage параметр 1, конфигурирует модель FidelityStepResponse, чтобы симулировать модель с низкой точностью, и выводит переходную характеристику. Расчет переходной характеристики осуществляется на высоту, воздушную скорость и откат крена.
Откройте блок БПЛА Fixed Wing Guidance Model в подсистеме FidelityStepResponse/FixedWingModel/LowFidelity. На вкладке Configuration проверьте набор коэффициентов усиления на высоту, скорость воздуха и откат крена. Низкоточный вариант, представленный в этой модели, уже настроен, чтобы получить желаемый ответ, но можно настроить эти усиления в соответствии с вашими конкретными требованиями. Этот блок управления интегрирует контроллер с динамикой самолета. Используйте этот низкоточный вариант в качестве первой оценки того, насколько быстро БПЛА может реалистично реагировать на настройку планировщиков высокого уровня.
По мере прогрессов проекта БПЛА становятся доступными коэффициенты подъема и сопротивления. Выбирается двигатель для самолета, который задает кривые тяги. Чтобы лучше предсказать ответ БПЛА, используйте эту информацию для улучшения вашей модели. Fixwing-Point Mass (Aerospace Blockset) от Aerospace Blockset™ принимает эти параметры и оценивает динамику аппарата.
Чтобы настроить средний вариант точности, щелкните ярлык Setup Plant в группе Medium Fidelity на панели инструментов проекта.
Исследуйте вкладку Динамики аппарата в модели в разделе FidelityStepResponse/FixedWingModel/Mid Fidelty/БПЛА Объекта Dynamics/Vehicle Dynamics.
Модель средней точности рассматривает БПЛА как точечную массу с основными переменными управления, являющимися углом атаки и крена. Эта модель объекта управления средней точности принимает крен, тангаж, тягу как входы управления. Блок точка масс принимает мгновенную динамику крена и угла атаки. Эта модель использует передаточную функцию, чтобы смоделировать задержку крена на основе нашей спецификации отката крена.
В управлении самолета вместо угла атаки используется тангаж. Чтобы вычислить угол блока масс точек входа, модель объекта управления преобразует из тангажа в альфа с помощью этого уравнения.
+
, и представление тангажа, угла угла тангажа в системе координат и угла атаки соответственно.
В отличие от модели с низкой точностью, модели со средней точностью нужен контроллер высокого уровня для управления Height-Pitch и Airspeed to Throttle. Предопределенные контроллеры используют стандартные циклы настройки ПИДа, чтобы достичь удовлетворительной реакции без перерегулирования. Чтобы проверить контроллер внешнего контура, откройте Outer_Loop_Autopilot Модель Simulink.
Далее исследуйте переходную характеристику завода средней точности. Чтобы симулировать переходную характеристику средней точности, щелкните ярлык Simulate Plant в группе Medium Fidelity на панели инструментов проекта. Эти переходные процессы выглядят как фигуры.
Заметьте, что модель достигает времени урегулирования скорости воздуха 0,6 секунды и отклика высоты 4,1 секунды, что соответствует нашим проектам. Однако ответ высоты медленнее, чем вариант с низкой точностью. Это отставание в ответ ожидается из-за дополнительных аэродинамических ограничений, накладываемых на объект средней точности.
С более точным ответом от модели объекта управления БПЛА вы теперь можете протестировать алгоритмы планирования пути или руководства, чтобы следовать путевым точкам с помощью модели средней точности. В этом примере обеспеченные путевые точки имеют крутой коэффициент усиления 100 м от первой до второй путевой точки, за которым следует небольшой коэффициент усиления 50 м повышения между двумя последними путевыми точками.
Чтобы симулировать и визуализировать путь БПЛА средней точности, следующий за моделью, щелкните ярлык Simulate Path Follower в группе Medium Fidelity на панели инструментов проекта. The FidelityPathFollowing модель настраивает последующий блок путевой точки для фиксированного БПЛА. Для получения дополнительной информации смотрите Тюнинг Waypoint Follower для БПЛА с фиксированным крылом.
Заметьте, что БПЛА средней точности точно следуют по желаемому пути.
После разработки алгоритма управления высокого уровня и последующего устройства путевой точки с моделью средней точности, этот пример иллюстрирует, что моделирование большей динамики может привести к другому ответу БПЛА на определенные команды. Добавление новой динамики привода может сделать любой тангаж или вход крена имеет задержку отклика. Эта задержка в ответ может потребовать, чтобы вы спроектировали контроллер тангажа и элерона крена. Ограничение модели масс точек заключается в том, что она принимает нулевую боковую кромку. На следующих шагах вы моделируете контроллер более высокой точности, ненулевую динамику боковой области и добавляете цикл компенсации рыскания, чтобы сбалансировать этот эффект.
Высокоточный завод моделирует самолет с помощью блока 6-DOF, добавляет бортовые датчики и моделирует погоду для окружения. Это повторные использования модели контроллер внешнего контура, который использует настройку ПИДа. Ответ модели более высокой точности должен подтвердить, что средняя точность предоставляет полезную промежуточную информацию.
Чтобы моделировать и визуализировать высокоточные переходные характеристики, щелкните ярлык Simulate Объекта в группе High Fidelity на панели инструментов проекта.
Заметьте, что траектория хорошо совпадает с моделью средней точности, несмотря на дополнительную сложность. Кроме того, обратите внимание, что спецификации проекта относительно одинаковы для высокоточного этапа, который показывает динамику БПЛА средней точности, точно смоделированную объектом.
Наконец, протестируйте алгоритм наведения с помощью высокоточного объекта, чтобы получить окончательный путь к БПЛА, следующий характеристикам. Щелкните ярлык «Моделировать последующий путь» в группе «Высокая точность» на панели инструментов проекта.
Заметьте, что модель получает подобный ответ на модель средней точности с помощью параметров руководства и внешнего контура.
Модель средней точности точно предсказала динамику БПЛА, используя параметры ранней стадии, доступные во время проекта. Пример разработал контроллер и настроил последующее устройство путевой точки, не нуждаясь в высокоточном объекте. Разделение автопилота и динамики объектов позволило более плавный переход от низкой к средней к высокой точности. Этот подход может быть расширен путем добавления динамики привода к модели средней точности в качестве другого промежуточного шага.