多旋翼無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)程控制實(shí)踐 課件 ch07

路徑跟隨控制器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)多旋翼無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)程控制實(shí)踐第7章01實(shí)驗(yàn)原理基本介紹多旋翼的路徑規(guī)劃是指，在滿足多旋翼機(jī)動(dòng)性能及飛行環(huán)境的約束下，尋找從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的最優(yōu)飛行軌跡。它是多旋翼任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，也是多旋翼實(shí)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(wù)規(guī)劃人員為即將執(zhí)行任務(wù)的多旋翼選擇一條最優(yōu)的路徑;在飛行過(guò)程中，能夠在一定程度上根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行在線路徑重規(guī)劃。規(guī)劃出來(lái)的路徑作為多旋翼飛行的參考路徑，引導(dǎo)多旋翼在控制律的作用下完成飛行任務(wù)。飛向航行點(diǎn)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(wù)時(shí)，會(huì)要求多旋翼能夠嚴(yán)格壓著航線進(jìn)行飛行，如圖7.1所示。02基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒榻B(1)整體模型。打開(kāi)Simulink文件“e4\e4.1\sim1.0\e41TF_TrajectoryPlanningSegment.slx”，得到整體模型，如圖7.2所示。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒榻B(2)控制輸入模塊。打開(kāi)控制輸入模塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7.3所示。實(shí)驗(yàn)步驟仿真1.01)步驟一:參數(shù)初始化。運(yùn)行文件”，并打開(kāi)相應(yīng)的模型，按照實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)要求設(shè)定初始坐標(biāo)與終點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行參數(shù)初始化。2)步驟二:實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析。打開(kāi)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(shí)驗(yàn)步驟，將兩種模型的關(guān)鍵結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。從對(duì)比結(jié)果可以看出，我們采用系統(tǒng)辨識(shí)獲得的傳遞函數(shù)模型進(jìn)行路徑跟蹤控制器設(shè)計(jì)，可以產(chǎn)生與基于非線性模型設(shè)計(jì)非常接近的效果。同時(shí)，也可以在FlightGear中查看仿真飛行效果。仿真2.0實(shí)驗(yàn)步驟03分析實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟步驟一：參數(shù)初始化步驟二：參數(shù)修改仿真1.0實(shí)驗(yàn)步驟仿真1.0實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟仿真2.004設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1、整體模塊打開(kāi)Simulink文件“e4)e4.3sim1.0e43TFTrajectoryPlanningCercleslx”，如圖7.19所示。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)2、控制輸入模塊高度通道和偏航通道模塊與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)一致。對(duì)于水平方向的兩個(gè)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(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)步驟步驟一:參數(shù)初始化運(yùn)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(yùn)行的必要參數(shù)如表73所示。然后只需打開(kāi)模型文件“e4e4.3)sim1.0e43TFTrajectoryPlanning_Cercleslx”，按照實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的要求設(shè)定好需要跟隨軌跡的原點(diǎn)坐標(biāo)、半徑以及路徑跟隨控制器中相應(yīng)的參數(shù)值即可。最后運(yùn)行模型文件。仿真1.0實(shí)驗(yàn)步驟步驟二:參數(shù)修改選取參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲得不同的結(jié)果，分別進(jìn)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(shí)間曲線的對(duì)比圖7.21至圖7.22所示。從圖中可以看出，無(wú)論參數(shù)如何修改，兩個(gè)通道的期望輸出曲線均明顯存在大約為半個(gè)周期的相位差，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的要求。仿真1.0實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟打開(kāi)“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(shí)驗(yàn)中完全相同的實(shí)驗(yàn)步驟，將兩種模型的關(guān)鍵結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,從對(duì)比結(jié)果可以看出，我們采用系統(tǒng)辨識(shí)獲得的模型進(jìn)行路徑跟隨控制器設(shè)計(jì)，可以產(chǎn)生與基于非線性模型設(shè)計(jì)非常接近的效果。仿真2.0實(shí)驗(yàn)步驟首先準(zhǔn)備好自駕儀，打開(kāi)RflySim，同時(shí)打開(kāi)MATLAB，運(yùn)行“StartSimulation始化文件。運(yùn)行后，再打開(kāi)并運(yùn)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(shí)飛實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟步驟一:整體模塊介紹在MATLAB中單擊運(yùn)行“starttellom”文件進(jìn)行初始化以及啟動(dòng)相應(yīng)的Simulink程序“e44trajectory_planningslx”文件。步驟二:系統(tǒng)啟動(dòng)流程(1)啟動(dòng)OptiTrack(2)啟動(dòng)tellodriver