多旋翼無人機遠程控制實踐 課件 ch07

路徑跟隨控制器設(shè)計實驗多旋翼無人機遠程控制實踐第7章01實驗原理基本介紹多旋翼的路徑規(guī)劃是指，在滿足多旋翼機動性能及飛行環(huán)境的約束下，尋找從起始點到目標點的最優(yōu)飛行軌跡。它是多旋翼任務規(guī)劃系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，也是多旋翼實現(xiàn)自主飛行的技術(shù)保障。其主要功能包括:在飛行前，幫助任務規(guī)劃人員為即將執(zhí)行任務的多旋翼選擇一條最優(yōu)的路徑;在飛行過程中，能夠在一定程度上根據(jù)現(xiàn)場情況進行在線路徑重規(guī)劃。規(guī)劃出來的路徑作為多旋翼飛行的參考路徑，引導多旋翼在控制律的作用下完成飛行任務。飛向航行點并沿航線飛行原理在多旋翼執(zhí)行噴灑藥物或者電線巡線任務時，會要求多旋翼能夠嚴格壓著航線進行飛行，如圖7.1所示。02基礎(chǔ)實驗實驗步驟實驗模型介紹(1)整體模型。打開Simulink文件“e4\e4.1\sim1.0\e41TF_TrajectoryPlanningSegment.slx”，得到整體模型，如圖7.2所示。實驗步驟實驗模型介紹(2)控制輸入模塊。打開控制輸入模塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7.3所示。實驗步驟仿真1.01)步驟一:參數(shù)初始化。運行文件”，并打開相應的模型，按照實驗目標要求設(shè)定初始坐標與終點坐標進行參數(shù)初始化。2)步驟二:實驗數(shù)據(jù)及分析。打開Simulink文件，其中的文件與“e4\e4.1sim1.0”基本相同，區(qū)別在于這里替換多旋翼模型為非線性模型。采用與仿真1.0完全相同的實驗步驟，將兩種模型的關(guān)鍵結(jié)果進行對比。從對比結(jié)果可以看出，我們采用系統(tǒng)辨識獲得的傳遞函數(shù)模型進行路徑跟蹤控制器設(shè)計，可以產(chǎn)生與基于非線性模型設(shè)計非常接近的效果。同時，也可以在FlightGear中查看仿真飛行效果。仿真2.0實驗步驟03分析實驗實驗步驟步驟一：參數(shù)初始化步驟二：參數(shù)修改仿真1.0實驗步驟仿真1.0實驗步驟實驗步驟實驗步驟仿真2.004設(shè)計實驗實驗設(shè)計實驗原理實驗設(shè)計1、整體模塊打開Simulink文件“e4)e4.3sim1.0e43TFTrajectoryPlanningCercleslx”，如圖7.19所示。實驗原理實驗設(shè)計2、控制輸入模塊高度通道和偏航通道模塊與基礎(chǔ)實驗一致。對于水平方向的兩個通道，單擊圖7.19中的“Controller”模塊查看完整代碼，其中的關(guān)鍵代碼如表7.2所示。實驗原理實驗步驟步驟一:參數(shù)初始化運行“e4)e4.3\sim1.0StartSimulationm”和“e44.3sim1.0)e43TFTrajectoryPlanningcodem”，并初始化參數(shù)，路徑跟隨控制器運行的必要參數(shù)如表73所示。然后只需打開模型文件“e4e4.3)sim1.0e43TFTrajectoryPlanning_Cercleslx”，按照實驗目標的要求設(shè)定好需要跟隨軌跡的原點坐標、半徑以及路徑跟隨控制器中相應的參數(shù)值即可。最后運行模型文件。仿真1.0實驗步驟步驟二:參數(shù)修改選取參數(shù)進行實驗，獲得不同的結(jié)果，分別進行保存。水平前向通道以及水平側(cè)向通道的路徑跟隨控制器輸出時間曲線的對比圖7.21至圖7.22所示。從圖中可以看出，無論參數(shù)如何修改，兩個通道的期望輸出曲線均明顯存在大約為半個周期的相位差，達到了實驗目標的要求。仿真1.0實驗步驟實驗步驟打開“e4e4.3sim2.0”Simulink文件，其中的閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與“e4)e4.3\sim1.0”中的相同，而區(qū)別在于其中的模型為非線性模型。采用與傳遞函數(shù)模型實驗中完全相同的實驗步驟，將兩種模型的關(guān)鍵結(jié)果進行對比,從對比結(jié)果可以看出，我們采用系統(tǒng)辨識獲得的模型進行路徑跟隨控制器設(shè)計，可以產(chǎn)生與基于非線性模型設(shè)計非常接近的效果。仿真2.0實驗步驟首先準備好自駕儀，打開RflySim，同時打開MATLAB，運行“StartSimulation始化文件。運行后，再打開并運行Simulink模型文件“e43Model_TrajectoryPlanningHTIL20176”，便可以在RflSim3D軟件中看到硬件在環(huán)仿真的效果。硬件在環(huán)仿真05實飛實驗實驗步驟步驟一:整體模塊介紹在MATLAB中單擊運行“starttellom”文件進行初始化以及啟動相應的Simulink程序“e44trajectory_planningslx”文件。步驟二:系統(tǒng)啟動流程(1)啟動OptiTrack(2)啟動tellodriver