2.3 进阶实验
2.3.0 进阶实验总览
- 该进阶课程文件夹“RflySimAPIs\Exp02_FlightControl”,具体原理请学习进阶版课程对应PPT及readme.pdf文件。
2.3.1 动力系统设计实验
- 本实验的目标如下:
- 分析多旋翼总质量、转动惯量矩阵、螺旋桨推力系数、螺旋桨拉力系数对整个多旋翼飞行性能产生的影响。
- 建立完整的多旋翼飞行器模型,并在RflySim3D中添加四旋翼的三维模型。
实验文件夹为“RflySimAPIs\Exp02_FlightControl\e2-UavModeling”,具体实验原理请学习进阶版课程,实验操作步骤见文件readme.pdf。
实验效果如下(部分):
2.3.2 动态建模实验
- 本实验的目标如下:
- 实验文件夹为“RflySimAPIs\Exp02_FlightControl\e3-SensorCalib”,具体实验原理请学习进阶版课程,实验操作步骤见文件readme.pdf。
- 实验效果如下(部分):
2.3.3 传感器标定实验
- 本实验的目标如下:
- 根据实验中所提供的数据,完成互补滤波,与原数据和Pixhawk自带的滤波器算出的数据进行比较,以理解互补滤波器的优点。
- 根据给出的磁力计误差模型,设计磁力计数据采集模型,用测得的数据和LM 算法函数求出模型参数的最优解,完成磁力计的标定。
- 实验文件夹为“RflySimAPIs\Exp02_FlightControl\e1-FlightEval” ,具体实验原理请学习进阶版课程,实验操作步骤见文件readme.pdf。
- 实验效果如下(部分):
2.3.4 滤波器设计实验
- 本实验的目标如下:
- 根据实验步骤完成加速度的标定。
- 改进互补滤波器中的参数,分析互补滤波器参数对滤波效果的影响。
- 理解卡尔曼滤波原理,设计卡尔曼滤波器实现滤波器,处理加速度和角速度数据,并绘制出相关姿态角得数据图。
- 实验文件夹为“RflySimAPIs\Exp02_FlightControl\e4-FilterDesign”,具体实验原理请学习进阶版课程,实验操作步骤见文件readme.pdf。
- 实验效果如下(部分):
2.3.5 姿态控制器设计实验
- 本实验的目标如下:
- 复现四旋翼飞行器的Simulink仿真,分析控制分配器的作用;记录姿态的阶跃响应,并对开环姿态控制系统进行扫频以绘制Bode图,分析闭环姿态控制系统的稳定裕度;完成四旋翼硬件在 环仿真。
- 调节PID控制器相关参数以改善控制性能并记录超调量和调节时间,得到一组恰当参数;使用调试后的参数,对系统进行扫频以绘制Bode图,观察系统幅频响应,相频响应曲线,分析其稳定裕度。
- 建立姿态控制通道的传递函数模型,设计校正控制器;使用自己设计得控制器进行软、硬件仿真实验及实飞实验。
- 实验文件夹为“RflySimAPIs\Exp02_FlightControl\e5-AttitudeCtrl”,具体实验原理请学习进阶版课程,实验操作步骤见文件readme.pdf。
- 实验效果如下(部分):
2.3.6 定点位置控制器设计实验
- 本实验的目标如下:
- 复现四旋翼Simulink仿真,分析控制作用在轴和轴的解耦;对系统进行扫频以绘制bode图,分析闭环位置控制系统稳定裕度。
- 调节PID控制器的相关参数改善系统控制性能;在得到满意参数后,对系统进行扫频以绘制Bode图。
- 建立位置控制通道的传递函数模型,使用MATLAB “ControlSystemDesigner”设计校正控制器,并调节系统误差、相对裕度等参数。
- 实验文件夹为“RflySimAPIs\Exp02_FlightControl\e6-PositionCtrl”,具体实验原理请学习进阶版课程,实验操作步骤见文件readme.pdf。
- 实验效果如下(部分):
2.3.7 半自主控制模式设计实验
- 本实验的目标如下:
- 在基于Simulink的控制器设计与仿真平台上,复现仿真实验分析四旋翼姿态和位置响应的特点;
- 在自稳模式的基础上改成定高模式。根据实验分析,与自稳模式相比,多旋翼在定高模式下姿态和位置输出值的变化。
- 在自稳模式的基础上改成定点模式。根据实验分析,与自稳模式相比,多旋翼在定点模式下姿态和位置输出值的变化;并利用三段拨码开关实现三种模式的自由切换。
- 实验文件夹为“RflySimAPIs\Exp02_FlightControl\e7-SemiAutoCtrl”,具体实验原理请学习进阶版课程,实验操作步骤见文件readme.pdf。
- 实验效果如下(部分):
2.3.8 失效保护逻辑设计实验
- 本实验的目标如下:
- 在Simulink仿真环境中,在手动模式下,实现飞行器的返航与着陆,并记录和分析仿真结果。
- 在基础实验的基础上,添加相应的状态转移,在手动模式下,实现飞行器的返航和着陆,并且返航和着陆之间可以相互切换。
- 在前面实验的基础上,增加遥控器断电失联事件,完成新的模态和切换设计,即加入失效返航和失效着陆两个状态,完成状态机的设计。
实验文件夹为“RflySimAPIs\Exp02_FlightControl\e8-FailsafeLogic”,具体实验原理请学习进阶版课程,实验操作步骤见文件readme.pdf。
实验效果如下(部分):
2.3.9 PX4模块替换实验
- 本实验的目标如下:
- 实现利用生成的Simulink代码快速替换PX4控制软件的某些原生模块(传感器、滤波器、姿态控制器等),该实验提供两种方法来实现,分别是:
- 打开“Firmware\src\modules\ekf2\ekf2_main.cpp”文件,手动注释掉需屏蔽的模块代码;
- 修改PX4模块启动脚本文件 “Firmware\ROMFS\px4fmu_common\init.d\rcS”,并注释掉需屏蔽的模块。
- 实现利用生成的Simulink代码快速替换PX4控制软件的某些原生模块(传感器、滤波器、姿态控制器等),该实验提供两种方法来实现,分别是:
- 实验文件夹为“RflySimAPIs\Exp02_FlightControl\e9-ReplacePX4Module”,具体实验原理请学习进阶版课程。实验操作步骤见文件readme.pdf。
- 本实验对“Position & Attitude Estimator”滤波器模块进行了屏蔽,将2.3小节(姿态控制器设计实验)进行改造,搭建了“Exp6_ReplacePX4AttitudeCtrler.slx”模型,如下:注:在本实验开发完成后,请务必将修改的代码归回原位,以免影响其他功能的开发。