戴训华 副教授
中南大学 计算机学院
dai.xh@csu.edu.cn
http://faculty.csu.edu.cn/daixunhua/zh_CN


2.1 课程学习

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注意1:底层飞控算法开发的主体内容发布在RflySim平台基础版课程(书中配套发布了RflySim基础版平台),而本高级版课程附带的RflySim高级版平台包含了基础版的所有内容,因此您可以使用RflySim高级版软件,并配合基础版课件和教材来进行底层飞控算法开发的学习。
注意2: 在我们的基础版课程中,推荐使用了Pixhawk 1(对应fmu-v3)+ PX4 1.7.3固件+ Msys2编译器的组合配置,上述配置较为陈旧难以适应最新的硬件需求,因此推荐您使用RflySim高级版平台并选择Pixhawk 4(对应fmu-v5)+PX4 1.12.3(目前最新固件)+ Win10WSL编译器的组合配置。

2.1.1 参考教材

  • 全权, 戴训华, 王帅著. 多旋翼飞行器设计与控制实践[M]. 北京:电子工业出版社. 2020

    注:
    • 左侧的《多旋翼飞行器设计与控制实践》为2020年推出的针对飞行控制算法开发的实践课程,里面包含了部分理论知识与一系列实验,使得读者可以很快地将自己算法在Simulink中编程,并下载到Pixhawk真机中做飞行实验。
    • 右侧的《多旋翼飞行器设计与控制》为2017年推出的教程,主要针对多旋翼控制理论。


2.1.2 课程网站

  • RflySim基础版课程网站:http://rflysim.com
  • 包含书本前四章关于平台使用相关内容
    1)提供课件源码下载地址;
    2)提供利用本平台开发的一些项目demo;
    3)提供高级功能的基本介绍和使用方法;
    4)提供常见问题的解答

2.1.3 基础版课件/源码在线下载地址


2.1.4 课件/源码本地地址

  • 直接访问RflySimAPIs\FlightControlExpCourse文件夹
  • 其中PPT_CN包含了课程的全部中文课件
  • code文件夹包含了课程对应源码
  • 请结合网站/PPT/源码学习飞控算法开发相关课程

    注:例程文件夹中还包含了一个ADRD控制器设的例子(见ADRCDemo文件夹),和一个替换官方模块(EKF滤波、姿态控制、顶层航路等)的教程(见ReplacePX4Module文件夹)


2.1.5 Pixhawk/PX4/Simulink代码生成平台构架

Pixhawk是硬件(相当于电脑主机),PX4是飞控软件(相当于Windows操作系统),Simulink控制器生成代码后编译成固件(相当于系统iso镜像),上传到Pixhawk硬件(相当于重装系统),Simulink控制器以新线程(相当于电脑上第三方APP)独立于PX4官方控制器(相当于系统预装软件),并行运行。


2.1.6 为何屏蔽PX4输出

  1. PX4采用uORB发布与订阅消息机制,任何APP都可以从uORB消息池中获取和发布数据
  2. Simulink代码生成到Pixhawk后生成名为px4_Simulink_app的一个APP,可以通过uORB消息池机制与其他APP通信
  3. Simulink_App不能和PX4控制器同时访问电机,不然会产生冲突,因此需要屏蔽PX4官方输出

2.1.7 Simulink自动代码生成配置

新建任意空白slx例程文件

  1. 进入Simulink设置页面(MATLAB 2019b及以上需要在MODELING标签页点击设置按钮)
  2. 选择Hardware board设置为Pixhawk PX4后,会自动完成本平台需要的所有代码生成设置
  3. 可以定制任务优先级
  4. 配置编译选项

2.1.8 PX4PSP工具箱位置

  1. 任意打开一个Simulink文件,点击“库浏览器(Simulink Library Brower)”按钮,可以在其中找到PSP工具箱的“Pixhawk Target Blocks”模块库。
  2. 其中的模块可以看做是从PX4的uORB池中订阅或发布数据的上层封装的接口,包含了传感器、遥控器、电机、串口等功能。
  3. 注意:这些模块内部没有模型,只有在生成代码并编译成PX4固件时才能获取数据,在Simulink中直接运行的话,接收到的数据为全0。
  4. 各个模块更详细的使用方法,可以参考基础版课程或教程的第三讲。

2.1.9 实验配置

1. 推荐安装配置选项

  1. 推荐使用最新的Pixhawk 4(外观见下图)自驾仪,其编译命为令px4\_fmu-v5\_default
  2. 重新运行安装包内“OnekeyScript.p”脚本
  3. 使用最新的PX4固件版本“6” — PX4-1.12.3
  4. 其他配置如下图所示。

    2. 教材旧版安装配置选项

  5. 如果使用教材推荐的Pixhawk 1(外观见下图)的编译命令px4\_fmu-v3\_default
  6. 重新运行安装包内“OnekeyScript.p”脚本
  7. 使用最新PX4固件版本“6” — PX4-1.12.3,和编译器“1” — Win10WSL
  8. 其他配置如下图所示。

    3. 硬件配置与校验

  9. 硬件配置方法,请参考教程链接:
  10. 确认完成以下配置:
  11. 确认Pixhawk已经在QGC中烧入最新的1.12版本官方固件,且LED正常闪烁
  12. 正确连接Pixhawk与接收机,正确连接遥控器与接收机,打开QGC地面站,确定能观察到遥控器摇杆的动作信号。
  13. 正确对遥控器进行配置并在QGC中校准,最低位置和最高位置满足教程链接中定义。
  14. 确认Pixhawk飞控已经在QGC中设置选择HIL Quadcopter X机架。
  15. 确认QGC中飞行模式按教程配置。

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