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無人機(jī)飛控仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺

型 號

所屬分類實(shí)驗(yàn)室儀器

報(bào)價

更新時間2024-05-07

產(chǎn)品描述:無人機(jī)飛控仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺主要由主控上位機(jī)、實(shí)時仿真機(jī)、三軸電動轉(zhuǎn)臺、電機(jī)舵機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)展板、飛行系統(tǒng)組成。平臺主要應(yīng)用于飛行器相關(guān)學(xué)科專業(yè)的日常教學(xué)實(shí)驗(yàn)中,同時兼顧對無人機(jī)飛控系統(tǒng)進(jìn)行功能性驗(yàn)證。

產(chǎn)品概述

品牌其他品牌產(chǎn)地類別國產(chǎn)
應(yīng)用領(lǐng)域化工,綜合

無人機(jī)飛控仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺

 

無人機(jī)飛控仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺 

 

一  概  述

   無人機(jī)飛控仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺主要由主控上位機(jī)、實(shí)時仿真機(jī)、三軸電動轉(zhuǎn)臺、電機(jī)舵機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)展板、飛行系統(tǒng)組成。平臺主要應(yīng)用于飛行器相關(guān)學(xué)科專業(yè)的日常教學(xué)實(shí)驗(yàn)中,同時兼顧對無人機(jī)飛控系統(tǒng)進(jìn)行功能性驗(yàn)證。利用搭建的仿真模型對主控制器發(fā)出的控制指令進(jìn)行解析和飛行姿態(tài)反饋,所具備的功能包括:

(1)無人機(jī)運(yùn)動姿態(tài)仿真:能夠完整地展現(xiàn)出無人機(jī)滾轉(zhuǎn)、俯仰、偏轉(zhuǎn)運(yùn)動姿態(tài),復(fù)現(xiàn)無人機(jī)飛行時的姿態(tài)角變化;

(2)姿態(tài)監(jiān)視和調(diào)參:飛行仿真模型運(yùn)行過程中,可以利用外部調(diào)試接口實(shí)時顯示姿態(tài)信息和調(diào)整參數(shù);

(3)故障注入:在進(jìn)行完整半物理仿真飛行時,可以按測試需求模擬飛行過程的各種突發(fā)故障類型,對飛控系統(tǒng)控制算法的魯棒性進(jìn)行評估。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

為了最大限度模擬真實(shí)的動態(tài)飛行環(huán)境,無人機(jī)開源飛控教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺采用數(shù)學(xué)模型來為半物理仿真系統(tǒng)提供機(jī)體運(yùn)動狀態(tài)和動態(tài)大氣環(huán)境等動態(tài)飛行參數(shù)。采用Simulink進(jìn)行無人機(jī)本體模型的搭建,并利用RTW自動代碼工具完成目標(biāo)仿真平臺的嵌入式代碼自動生成。該平臺的總體結(jié)構(gòu)2.1所示。

無人機(jī)飛控仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺 

圖2.1 平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖中主控上位機(jī)主要作用是在仿真前進(jìn)行無人機(jī)動力學(xué)模型的構(gòu)建、數(shù)字仿真、目標(biāo)機(jī)代碼生成,通過集成開發(fā)環(huán)境Tornado,完成VxWorks操作系統(tǒng)內(nèi)核的生成、主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的搭接、下載目標(biāo)機(jī)代碼等;在仿真過程中通過RTW外部模式在線修改無人機(jī)模型中各種參數(shù)、獲取各種仿真數(shù)據(jù);還可以選擇運(yùn)行自行開發(fā)的仿真控制軟件。

實(shí)時仿真機(jī)中運(yùn)行無人機(jī)動力學(xué)模型代碼,接收由舵機(jī)發(fā)送的舵偏角信號,根據(jù)無人機(jī)動力學(xué)模型完成無人機(jī)當(dāng)前姿態(tài)信息的解算并將這些信息通過光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到MPC08運(yùn)動控制卡,根據(jù)收到的無人機(jī)當(dāng)前姿態(tài)信息驅(qū)動三軸轉(zhuǎn)臺。轉(zhuǎn)臺上的慣性測量元件測量實(shí)際的姿態(tài)和速率信息,通過DA和串口發(fā)送到主控制器,根據(jù)獲取的傳感器信息解算控制律,通過DA向舵機(jī)發(fā)送控制指令,形成控制閉環(huán)。

三、平臺硬件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)組成

無人機(jī)開源飛控教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺硬件部分主要包括三軸轉(zhuǎn)臺、運(yùn)動控制箱、實(shí)時仿真機(jī)、MPC08控制卡、主控上位機(jī)和無人機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)組成。

無人機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)為平臺姿態(tài)角實(shí)際展示部分,為一個真實(shí)的無人機(jī)航模,其中主控制器、慣性測量單元、舵機(jī)等均已安裝在航模上。通過與實(shí)時仿真機(jī)通信,由舵機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠?qū)嶋H展現(xiàn)出當(dāng)前根據(jù)不同姿態(tài)角無人機(jī)航模的反應(yīng)。

三軸轉(zhuǎn)臺是平臺的姿態(tài)運(yùn)動模擬器,能夠模擬無人機(jī)飛行當(dāng)中的姿態(tài)運(yùn)動,展現(xiàn)無人機(jī)飛行時姿態(tài)角度的變化。MPC08控制卡安裝在PC機(jī)的PCI插槽內(nèi),運(yùn)動控制箱則是將電源、轉(zhuǎn)臺驅(qū)動器和各種接口控制電路集成與一體,與控制卡連接完成對三軸轉(zhuǎn)臺三個軸步進(jìn)電機(jī)的控制。實(shí)時仿真機(jī)負(fù)責(zé)姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)的獲取、姿態(tài)解算算法和舵機(jī)控制算法實(shí)現(xiàn)等功能。上位機(jī)則是完成數(shù)據(jù)的顯示和對三軸轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動指令的發(fā)送。

3.2 主要器件的介紹

3.2.1 主控制器(STM32F103ZET6

STM32F103ZET6控制器是一款大容量增強(qiáng)型芯片,內(nèi)部包含豐富的外設(shè)配置,可以滿足平臺所需的計(jì)算速度和數(shù)據(jù)處理、存儲容量,同時具備足夠的擴(kuò)展性,以便后續(xù)工作的補(bǔ)充。

3.2.1.1 技術(shù)標(biāo)

?                      內(nèi)存:512k;

?                      SRAM64k;

?                      靜態(tài)存儲控制器:有;

?                      定時器:通用定時器(4)、高級定時器(2)、基本定時器(2);

?                      通信接口:SPI(3)、I2C(2)、UART(5)、USB(1)、CAN(1)、SDIO(1);

?                      GPIO端口:112;

?                      12位ADC模塊(通道數(shù)):3(21);

?                      CPU頻率:72MHz;

?                      工作電壓:2.0-3.6V

?                      封裝形式:LQFP114BGA144

3.2.2 三軸電動轉(zhuǎn)臺(TT-3DM-3E-10)

如圖3.1所示,三軸電動轉(zhuǎn)臺TT-3DM-3E-10采用UUO形鋁合金框架結(jié)構(gòu),由內(nèi)環(huán)橫滾軸框架、外環(huán)俯仰軸框架、以及方位軸底座組成相互垂直的三維旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系,采集控制器串行接口連接上位計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)測量控制。

無人機(jī)飛控仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺 

無人機(jī)飛控仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺 

3.1  三軸電動轉(zhuǎn)臺TT-3DM-3E-10

3.2.2.1 特點(diǎn)

?                      操作使用方便,便于搬動和攜帶;

?                      旋轉(zhuǎn)角位置動態(tài)跟蹤測量與控制;

?                      串行輸出實(shí)時角位置數(shù)據(jù) ,串行輸入控制指令;

?                      位置、速率、搖擺功能。

3.2.2.2 技術(shù)標(biāo)

?                      負(fù)載尺寸重量: 5 kg;

?                      負(fù)載及夾具安裝空間:120 mm×120mm×120mm;

?                      三軸轉(zhuǎn)角范圍:連續(xù)無限;

?                      角位置綜合測量精度:±0.05o;

?                      控制到位精度:±0.01o;

?                      速率范圍:0.1o/s~25 o/s;

?                      速率精度與平穩(wěn)度:1%;

?                      測角數(shù)據(jù)采集頻率:20Hz;

?                      用戶導(dǎo)電滑環(huán):8環(huán)/每環(huán)2A;

?                      臺體重量:30 Kg(不含負(fù)載)

3.2.3 運(yùn)動控制卡(MPC08)

MPC08控制卡是一個開放運(yùn)動控制的平臺,與PC機(jī)配合使用,直接插在PC機(jī)的PCI槽中,安裝相應(yīng)的驅(qū)動即可使用。

3.2.3.1 技術(shù)標(biāo)

?                      主接口:PCI 3.3V

?                      控制軸數(shù):4軸;

?                      編碼器輸入:4路;

?                      編碼器輸入計(jì)數(shù)器:四軸32bit,符號數(shù)無人機(jī)飛控仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺2147483647A/B/Z相(2M pps);

?                      通用數(shù)字輸入:DCV 24/DCV 5,光耦 16點(diǎn);

?                      通用數(shù)字輸出:DCV 24/DCV 5,光耦 16點(diǎn);

?                      專用輸入:每軸四點(diǎn)(正限位、負(fù)限位、原點(diǎn)、減速),報(bào)警;

?                      脈沖輸出最大頻率:4M;

?                      脈沖輸出規(guī)格:每軸梯形加減速;

?                      脈沖輸出計(jì)數(shù)器:每軸32bit,符號數(shù)無人機(jī)飛控仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺2147483647;

?                      變速:運(yùn)動中變速度;

?                      操作系統(tǒng):Window 98,Window 2000,Window XP

3.2.4 運(yùn)動控制箱

運(yùn)動控制箱用于控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)平臺實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動。通過DB62線與MPC08控制卡相連,接收來自PC上位機(jī)的各種控制信號。同時通過RS232接口與三軸轉(zhuǎn)臺相連,由其內(nèi)部包含的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動進(jìn)行驅(qū)動控制三軸轉(zhuǎn)臺的步進(jìn)電機(jī)。該控制箱最多可獨(dú)立或聯(lián)合驅(qū)動控制三臺步進(jìn)電機(jī),實(shí)現(xiàn)三維空間的任意方式運(yùn)動。

3.2.5 仿真及測控計(jì)算機(jī)

如圖3.2,測控計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)的主控計(jì)算機(jī),用于系統(tǒng)測試和控制,編制的專用測控軟件都安裝在該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。

   無人機(jī)飛控仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺

3.2  仿真及測控計(jì)算機(jī)

3.2.6 慣性測量單元(3DM-E10A)

慣性測量單元3DM-E10A是一款微型的全姿態(tài)測量傳感裝置,它由三軸MEMS陀螺、三軸MEMS加速度計(jì)、三軸磁阻型磁強(qiáng)計(jì)等三種類型的傳感器構(gòu)成。三軸陀螺用于測量載體三個方向的絕對角速率,三軸加速度計(jì)用于測量載體三個方向的加速度,在系統(tǒng)工作中,主要作用是感知系統(tǒng)的水平方向的傾斜,并用于修正陀螺在俯仰和滾動方向的漂移,三軸磁阻型磁強(qiáng)計(jì)測量三維地磁強(qiáng)度,用于提供方向角的初始對準(zhǔn)以及修正航向角漂移。慣性測量單元3DM-E10A可提供的輸出數(shù)據(jù)有:原始數(shù)據(jù)、四元數(shù)、姿態(tài)數(shù)據(jù)等(產(chǎn)品外形如圖3.3所示)。更詳細(xì)的資料參見慣性測量單元3DM-E10A相關(guān)章節(jié)。

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圖3.3  慣性測量單元3DM-E10A

3.2.6.1 特 性 

?                      實(shí)時三軸慣性輸出;

?                      大于100Hz的內(nèi)部更新率;

?                      尺寸小、重量輕、低功耗;

?                      RS-232/RS-485A串行接口,方便連接。

3.2.6.2 技術(shù)參數(shù)

?                      輸出數(shù)據(jù)格式:原始數(shù)據(jù)、姿態(tài)角、四元數(shù);

?                      內(nèi)部更新率        100        Hz;

?                      啟動時間        < 1         sec;

?                      靜態(tài)角度誤差(俯仰、滾動) ± 0.1        degree;

?                      動態(tài)角度誤差(俯仰、滾動) ± 2.0        degree;

?                      靜態(tài)角度誤差(航向) ± 0.5        degree;

?                      動態(tài)角度誤差(航向) ± 2        degree;

?                      航向角分辨率 <0.1        degree;

?                      加速度計(jì)測量范圍        ± 2g;

?                      加速度計(jì)非線性        0.2 % ;

?                      速率陀螺測量范圍        ± 300°/sec ;

?                      速率陀螺非線性        0.2 %         ;

?                      磁力計(jì)測量范圍        ±1.3 Gauss;

?                      磁力計(jì)非線性        0.4 %         ;

?                      短時沖擊        500 (Not reinforced) g 。

3.2.6 電機(jī)、舵機(jī)控制實(shí)驗(yàn)板

如圖3.4所示,實(shí)驗(yàn)板包含固定翼無人機(jī)1個、 電機(jī)舵機(jī)實(shí)驗(yàn)展板,含ST32ARM開發(fā)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)軟件一套。使用主控制器的定時器功能輸出相應(yīng)的PWM波即可控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動角度。

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圖3.4  電機(jī)、舵機(jī)控制實(shí)驗(yàn)板

四、平臺軟件設(shè)計(jì)

基于總體方案的設(shè)計(jì)需求,從四個部分進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn),包括無人機(jī)動力學(xué)模型實(shí)現(xiàn)、控制算法實(shí)現(xiàn)、下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)和上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。最終將模型編譯后加載到實(shí)時仿真機(jī)中進(jìn)行仿真控制,完成整個無人機(jī)半實(shí)物仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺的閉環(huán)測試。

4.1 無人機(jī)動力學(xué)模型實(shí)現(xiàn)

參考牛頓-歐拉方程,得出表征飛機(jī)運(yùn)動特性的12個微分方程,利用Simulink創(chuàng)建無人機(jī)六自由度仿真模型。加上由經(jīng)驗(yàn)公式得出的氣動力矩計(jì)算模塊和大氣模型實(shí)現(xiàn)對本體模型的搭建。無人機(jī)本體模型的六自由度飛行姿態(tài)解算模塊如圖4.1所示。

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圖4.1 無人機(jī)6自由度數(shù)學(xué)模型

4.2 控制算法實(shí)現(xiàn)

飛控算法采用雙閉環(huán)PID控制結(jié)合速度前饋,其外環(huán)為角度(angle)控制,角度值是由濾波與姿態(tài)解算后得到的歐拉角,有延遲且存在誤差,單閉環(huán)無法實(shí)現(xiàn)姿態(tài)控制過程。在此基礎(chǔ)上引入內(nèi)環(huán),內(nèi)環(huán)選擇角速度(rate)控制,角速度由陀螺儀直接測量得到,誤差小,響應(yīng)快,延遲短。

4.3 接口模型實(shí)現(xiàn)與故障注入

根據(jù)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求,在MATLAB中利用S函數(shù)模板搭建仿真所需要的各設(shè)備通信接口和基本數(shù)據(jù)流,然后在Simulink中定義設(shè)備板卡的接口模型,并映射到驅(qū)動函數(shù)。然后將定義完整的設(shè)備模型添加到用戶自定義的模型系統(tǒng)中,在系統(tǒng)模型需要的時候調(diào)用。最后,利用RTW模型代碼自動生成工具對設(shè)備接口模型進(jìn)行編譯,完成各仿真系統(tǒng)子模塊的通信交互。

接口模型的功能包括,靜態(tài)模型參數(shù)調(diào)試(包括對特定的傳感器模型賦值或改變某一控制位來測試飛控程序),動態(tài)模型參數(shù)調(diào)試(主要包括在動態(tài)飛行過程中改變飛行狀態(tài)等)。利用此功能,可對設(shè)備接口模型注入靜態(tài)故障和動態(tài)故障,將故障信息注入仿真平臺。

(1)傳感器故障

平臺傳感器組模塊主要包括慣性測量單元、大氣模型、無線電高度計(jì)模型和導(dǎo)航系統(tǒng)模型等。在飛行仿真過程中,對傳感器組接口模型建模時預(yù)留故障注入接口,實(shí)現(xiàn)傳感器故障狀態(tài)實(shí)時注入(包括靜態(tài)故障注入和動態(tài)故障注入)

(2)舵機(jī)故障

舵機(jī)接口模型的主要作用是通過串口模型將舵機(jī)輸出的信號發(fā)送到實(shí)時仿真機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的姿態(tài)解算。因此在對接口建模時預(yù)留故障注入接口,可實(shí)現(xiàn)實(shí)時模擬執(zhí)行器系統(tǒng)故障注入。

4.3 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

無人機(jī)半實(shí)物仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺下位機(jī)部分主要完成三軸轉(zhuǎn)臺實(shí)時姿態(tài)解算,并將相關(guān)傳感器測得的數(shù)據(jù)和姿態(tài)發(fā)送給主控制器。

姿態(tài)解算的主要傳感器3DM-E10A負(fù)責(zé)獲取轉(zhuǎn)臺的姿態(tài)數(shù)據(jù)信息,采用I2C總線驅(qū)動,與控制器STM32的管腳相連,通過STM32獲取傳感器的數(shù)據(jù),繼而進(jìn)行后面的數(shù)據(jù)處理。其核心部分為內(nèi)置加速度計(jì)、陀螺儀和磁強(qiáng)計(jì)數(shù)據(jù)的獲取,相應(yīng)的程序流程圖如圖4.2所示。

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圖4.2 數(shù)據(jù)采集流程圖

對3DM-E10A的數(shù)據(jù)完成獲取后,控制器STM32需要根據(jù)數(shù)據(jù)完成轉(zhuǎn)臺實(shí)時的姿態(tài)的估計(jì)。根據(jù)四元數(shù)法和四階龍格庫塔法解算姿態(tài)角,加上磁強(qiáng)計(jì)修正偏航角,便可準(zhǔn)確實(shí)時更新姿態(tài)角。其數(shù)據(jù)融合姿態(tài)角解算流程如圖4.3所示。

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圖4.3 數(shù)據(jù)融合姿態(tài)角解算流程

4.4 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

4.4.1 MPC08運(yùn)動控制系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)對三軸轉(zhuǎn)臺的實(shí)時控制是上位機(jī)的一大主要功能,MPC08控制卡對三軸轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動控制功能取決于其內(nèi)部的運(yùn)動函數(shù)庫。庫中包含了對單軸到多軸轉(zhuǎn)臺的多種運(yùn)動函數(shù),包括單軸運(yùn)動、多軸獨(dú)立運(yùn)動、運(yùn)動指令執(zhí)行等方式。利用VS編譯軟件新建工程時,加入相應(yīng)的動態(tài)鏈接庫,然后根據(jù)上位機(jī)界面的功能所需調(diào)用動態(tài)函數(shù)庫中的函數(shù)體來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動。

同時,考慮到實(shí)驗(yàn)室安裝,調(diào)試的準(zhǔn)確性,如圖4.4所示我們還增加了“置水平位"和“歸位"操作,分別能夠使轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)至初始0度位置,和垂直于水平面的位置。這一功能能夠使在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)之后,統(tǒng)一調(diào)整轉(zhuǎn)臺至同一姿態(tài),保證實(shí)驗(yàn)室整齊整潔。

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圖4.4 高校飛行控制實(shí)驗(yàn)室設(shè)備圖

4.4.2 上位機(jī)控制界面設(shè)計(jì)

上位機(jī)主要包括與下位機(jī)通信方式的選擇、三軸運(yùn)動形式的選擇、姿態(tài)角指令的輸入、三軸轉(zhuǎn)臺反饋位置的讀取、姿態(tài)角指令文件和樣本采樣文件的數(shù)據(jù)對比、加速度角速度數(shù)據(jù)波形顯示及姿態(tài)角數(shù)據(jù)儀表顯示以及姿態(tài)3D顯示等相關(guān)功能。其上位機(jī)界面如圖4.5所示。

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4.5 上位機(jī)界面

3D姿態(tài)界面圖如圖4.6所示,其三維圖形用長方體代替無人機(jī)。

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圖4.6 3D姿態(tài)顯示界面

五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

可支持開設(shè)實(shí)驗(yàn)

5.1 控制率離散化實(shí)驗(yàn)

在控制系統(tǒng)的純數(shù)字設(shè)計(jì)與仿真中,一般應(yīng)用連續(xù)域控制器,但是在半物理仿真中,由于需要將控制算法與硬件相結(jié)合,所以必須將連續(xù)域控制器離散化。在數(shù)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中,學(xué)生通過對比離散化前后的系統(tǒng)響應(yīng),并以主控制器的基本運(yùn)行方式和涉及的相關(guān)原理為背景,有助于開啟從書本中的控制系統(tǒng)到真實(shí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)觀念的轉(zhuǎn)變

5.2 仿真模型代碼生成實(shí)驗(yàn)

對模型代碼生成規(guī)則進(jìn)行配置優(yōu)化。主要涉及參數(shù)包括仿真Solver參數(shù),目標(biāo)平臺參Target Selection和Interface等的配置。其中Solver參數(shù)主要完成模塊仿真周期,仿真時間和仿真算法的配置。Interface參數(shù)主要是配置代碼生成后的函數(shù)調(diào)用接口。完成參數(shù)配置后,通過Simulink生成mdl模型代碼,在利用編譯器編譯成仿真控制系統(tǒng)能識別的動態(tài)庫dll文件,編譯流程如圖5.1所示。利用RTW工具對mdl模型文件進(jìn)行處理,分析模型文件描述和信息結(jié)構(gòu)以及各模塊間的邏輯關(guān)系。利用解析器完成對文件的轉(zhuǎn)換后生成rtw中間文件。通過目標(biāo)語言編譯器,RTW配置參數(shù)進(jìn)行控制,生成用戶定義的目標(biāo)平臺二進(jìn)制代碼。在生成C代碼過程中,可通過修改聯(lián)編文件對代碼生成過程進(jìn)行編譯和鏈接控制,并最終綜合生成可執(zhí)行文件。

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圖5.1 模型仿真代碼生成過程

5.3 半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)

包括舵機(jī)系統(tǒng)硬件仿真、無人機(jī)組合導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)、硬件閉環(huán)實(shí)驗(yàn)以及故障診斷與飛控算法魯棒性評估實(shí)驗(yàn)。

舵機(jī)和控制板,可連接實(shí)驗(yàn)終端,做舵機(jī)原理及控制實(shí)驗(yàn),方向舵角度開環(huán)控制實(shí)驗(yàn),升降舵角度開環(huán)控制實(shí)驗(yàn),副翼角度開環(huán)控制實(shí)驗(yàn)。

無人機(jī)組合導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)包括GPS和IMU組合導(dǎo)航標(biāo)定實(shí)驗(yàn)和無人機(jī)導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)路徑規(guī)劃和軌跡數(shù)據(jù)采集。如圖5.2和5.3所示,學(xué)生可以觀察無人機(jī)的實(shí)際飛行軌跡。

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圖5.2 無人機(jī)GPS和IMU組合導(dǎo)航標(biāo)定實(shí)驗(yàn)
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圖5.3 無人機(jī)導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)路徑規(guī)劃和軌跡數(shù)據(jù)采集

硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)是在環(huán)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,加入控制器將所有硬件形成閉環(huán)將實(shí)驗(yàn)結(jié)數(shù)字仿結(jié)進(jìn)行對,可以更直觀地向?qū)W生解釋半物理仿真中接入了串口通信、轉(zhuǎn)臺、傳感器等實(shí)物,帶來了附加的延遲、死區(qū)等非線性動力學(xué)特征的影響。

飛控算法魯棒性評估實(shí)驗(yàn)是在飛行仿真中,對傳感器或執(zhí)行器注入一定大小的故障,觀察在故障情況下,飛控算法跟蹤控制指令的響應(yīng)速度和誤差效果,用以評估算法的魯棒性能。

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