在无人机制导、导航与控制中应用半实物仿真

2019-11-09来源: eepw关键字:无人机制导  导航与控制  实物仿真

  “使用NI PXI,我们能够在实时状态下以低延时完成复杂的无人机模型仿真,并完美地模拟了航空设备界面。”


  挑战:

  在目标硬件上搭建一个系统,在实时控制仿真环境中,来验证无人飞机(UAV)的制导、导航和控制(GNC)算法。


  解决方案:

  在开发的早期阶段,开发一个硬件在环(HIL)测试环境来测试无人机GNC解决方案。


  HIL测试环境是软件仿真和飞机实验的一个中间步骤,对于无人机GNC软件的开发过程非常关键。通过HIL环境,工程师可以在一个可控的仿真环境中对无人机软件进行测试。同时,它也能加速设计,缩短开发周期。


  通过HIL环境,工程师可以发觉软件仿真(主要是同步和定时)中没有出现的问题,从而避免现场试验的故障,并增加无人机团队的安全性。


  我们开发了一个通用的HIL平台来设计验证控制和导航算法。这个HIL测试环境完全集成在一个基于模型的设计开发周期中(见图1)。  


图1 : HWIL测试环境示意图

  基于模型的开发

  首先我们设计编改了无人机平台,将其用于仿真,并将控制器和算法部署至硬件中。

  我们根据基于模型的设计理念来完成这个任务。对于系统设计和仿真来说这是一个可靠方便的方法。使用代码自动生成工具可以使我们减少设计时间,轻松完成对于测试架构的重复利用,以及快速系统原型,从而形成一个连续的确认和验证过程。


  构架的目的包括:在不同的硬件平台上不用任何改变即可对模型重复利用;对设计测试套件模型进行重复使用以验证目标系统;将透明模型完全集成到目标硬件中,并创建一个系统的,快速的流程,将自动生成的代码集成到目标硬件,从而使得控制工程师无需软件工程师的参与,即可以快速测试模型(见图2)。对于这个项目,我们使用Simulink®公司的MathWorks软件(我们还使用了Esterel Technologies公司的SCADE套件)开发了模型任务,并使用MathWorks和Real-Time Workshop®公司的软件实现自动编码。我们需要两次不同的编改:在无人机中进行测试及执行的算法是由ANSI C代码编写的,仿真无人机动态行为的数学模型将通过LabVIEW仿真接口工具包转换至NI LabVIEW软件动态库中。  


图2: 基于模型的开发流程

  在最终的系统中,我们使用多个LabVIEW I/O模块来仿真一些无人机航空电子和逻辑传感器以及激励器接口。


  LabVIEW Real-Time PXI

  PXI 是一个基于PC的平台,可用于测试,测量和控制,能够在不同的接口和总线中提供高带宽和超低的执行延时。在这个案例中,PXI需要在一个复杂的无人机模型中运行,该模型会在实时中以动态库的形式被执行。 在系统中使用PXI模块能让我们使用无人机上完全一样的接口进行HIL仿真。所以,我们会以现场实验完全相同的配置验证GNC算法处理单元。这对于一些使用纯仿真不足以捕捉所有硬件相关问题(例如信号噪音,错误和同步问题)的系统来说是十分重要的。


  GPS仿真器

  通过Spirent GSS8000 GPS仿真器,我们能够仿真并生成用户选择的GNSS星座卫星所发出的相同的射频信号。这些信号会以飞行实验相同的方式传送到无人机上真实的GPS传感器,并能仿真惯性传感器(加速度计和回转仪)。我们可以指定不同的情况,降级信号,指定天线模式及模拟IMU传感器错误。


  板载处理单元

  我们在实时操作系统(QNX或VxWorks)中运行一个PC/104单元,操作系统中包含了算法和控制策略,用于测试自动代码生成工具和集成架构创建的代码的完成。我们在现场实验的真实无人机中也使用了相同的单元。


  可视化

  我们可以使用Simulink External Mode软件对无人机进行调试。通过这个软件,我们可以监测用户需要实时知晓的信号值。此外我们可以改变嵌入式处理单元中所执行算法的参数。在操作中所使用的界面,与控制工程师在仿真设计算法时所使用的界面完全一样。由此,整个测试环境完全透明,而且能以同现场测试一样的方式进行HIL测试,从而大幅减少开发时间。


  结果

  对比飞行遥测和使用同样的GNC算法的HIL仿真,可以表明HIL的精准性和与真实测试结果的相似性。


  我们在一架改装过的无线电控制的直升飞机上集成了几个传感器(加速度计,回转仪,磁力计,GPS和一个高度计)和一个处理单元(见图3),将其转变成一架无人机,进行飞行测试。  


图3:实验中使用的基于CB5000 RC直升机改装而成的无人机

  无人机在没有过冲或任何一个永久误差的情况下,达到了水平面要求的参考值(见图4和图5)。HIL仿真和真实的飞行测试结果极其一致。  


图4:北方位置对比结果  

图5: 西方位置对比结果

  结论

  HIL环境非常适用于测试包含真实硬件的整个系统。使用NI PXI,我们在实时状态下以低延时仿真了一个复杂的无人机模型,并完美模拟了航空设备界面。


  这个环境能检测出软件仿真中无法显示的错误,从而避免现场实验意外的发生。因为控制工程师在设计,开发和验证过程中也会使用相同的可视化和调试工具,由此可以快速重复循环,减少开发时间。


关键字:无人机制导  导航与控制  实物仿真 编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/ic479494.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:基于GPRS的ZigBee协调器网关设计通信
下一篇:基于LabVIEW的虚拟示波器设计

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

将HIL应用于无人机制导、导航与控制
“使用NI PXI,我们能够在实时状态下以低延时完成复杂的无人机模型仿真,并完美地模拟了航空设备界面。”   - Francisco Alarcón Romero, FADA-CATEC   挑战:   在目标硬件上搭建一个系统,在实时控制仿真环境中,来验证无人飞机(UAV)的制导、导航和控制(GNC)算法。   解决方案:   在开发的早期阶段,开发一个硬件在环(HIL)测试环境来测试无人机GNC解决方案。   HIL测试环境是软件仿真和飞机实验的一个中间步骤,对于无人机GNC软件的开发过程非常关键。通过HIL环境,工程师可以在一个可控的仿真环境中对无人机软件进行测试。同时,它也能加速设计,缩短开发周期
发表于 2013-12-19
将HIL应用于无人机制导、导航与控制
AR导航、语音识别、控制家居,加装一个盒子让车辆变智能
海量内容消费等车载服务。5月23日,笔者亲身体验到了搭载天猫精灵高德版智能车盒的车型,下面咱们就一起看看这款高德车盒的详细功能。天猫精灵高德版智能车盒是什么?从外观来讲,这款高德车盒就是一个可以放在杯架中的圆柱体,并通过一根USB数据线和车辆相连。在圆柱体上方为一个按钮加旋钮。官方人员告诉我们,在使用高德车盒后,用户不仅可以通过语音控制车机系统,还能通过旋钮、按钮来操控,非常方便。高德车盒可以通过与车身的硬件进行互联,比如和行车记录仪互联,能够在车辆中控显示出AR实景导航。并且高德车盒还会不断增加新的功能,比如在轮胎上加上传感器就能够达到监测胎压的目的等。由于高德车盒内部功能基本都是高德以及天猫精灵研发,也不会出现手机那种升级多次变卡
发表于 2019-05-24
AR导航、语音识别、控制家居,加装一个盒子让车辆变智能
丰田和Line公司将于明年夏天提供语音控制的人工智能导航
北京时间10月16日消息,据国外媒体报道,丰田汽车公司和社交APP提供商Line Corp周一宣布,他们将在明年夏天为丰田汽车推出一个带有语音命令功能的人工智能平台。据悉,丰田汽车未来的导航服务将使用Line的Clova(云虚拟助手)自动系统,这是一个基于云的AI平台,可以理解语音命令和作出响应。两家公司称,该系统将连接到丰田的车载设备。社交APP提供商Line Corp是目前亚洲最大的通讯、社交、技术提供商,在人工智能和互联网技术领域有强大的实力。目前,Line Corp是多个重要汽车制造商的合作伙伴。按照这种新平台的技术,丰田司机可以使用“告诉我如何去东京铁塔”,或者“告诉我在东名高速公路上的交通状况”类似的语音命令。据丰田
发表于 2018-10-16
汽车更“听话”,搜狗智能导航玩起语音控制
底气何在? 在搜狗地图之前,已有一些地图支持语音导航,或语音控制,不过均是面向手机这一通用场景设计的,并未进行针对性优化,在车内实现多场景的语音交互,搜狗地图是第一家,为何能成为第一个吃螃蟹的人呢? 一是车内语音导航现在还存在着许多痛点,存在着机会,尤其是给互联网巨头留下了许多机会。而另一个角度来看,语音在垂直领域将更有机会,因为可针对场景优化,比如搜狗瞄准的汽车,未来还会进入智能家居场景; 二是搜狗在语音和AI技术上的积累。搜狗智能导航最大的两个不同是,更准确的识别和更智能的理解。 在Siri发布之后,搜狗是中国最早发布语音助手的互联网公司,在语音技术上有较多积累。根据其公布的数据来看,在线识别、离线识别、抗噪技术
发表于 2016-05-23
苹果新专利 眼球追踪帮助控制UI界面导航
    本文来自太平洋电脑网   近日,苹果又有一项新的专利通过了申请,这项专利号为No.9189064名为“基于用户目光的显示屏事件延迟”,通过利用“目光检测”技术,可以用来控制用户界面,实现自动修正弹窗和应用程序通知等功能。   这项专利描述了一种新的UI输入方法,依靠眼球追踪技术管理通知提醒的过期时间。比方说当 iOS 或 OS X 识别出单词拼写错误时,会通过自动修正算法生成一个屏幕时间,并提供系统认为是正确的单词,用户可以通过点击系统提供的单词完成选择。而如果用户输入时看着键盘或另一个窗口时,会忽略自动修正提醒。苹果提出的系统可以延迟显示屏事件,直到用户的目光看到。   在其他一些例子中,设备使用相机检测用户眼球
发表于 2015-11-19
ADI用创新电机控制技术为我国智能制造导航
“以智能化引领制造业变革”正是我国发布《中国制造2025》的宏伟战略目标,而作为高端机械装备上不可或缺的组件之一,电机的市场需求正在以惊人的速度不断增长,特别是在经历了长达40余年的工业发展以及20多年改革开放政策的助推之下,中国电机控制技术也同时取得了长足的进步,向其他发达工业国家彰显出我国电机市场的光辉前景。   与此同时,环保节能与绿色能源作为我国七大新兴战略型产业之一,电机目前能耗占用用电设备近20%左右的用电量,如何提高电机能效依旧是我国工业市场和技术发展过程当中亟待攻克的重要课题,同样也是上游元器件厂商所面临的共同问题。“全球领先的高性能信号处理解决方案供应商ADI公司
发表于 2015-09-11
ADI用创新电机控制技术为我国智能制造导航
小广播
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2019 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved