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クアッドコプターの制御とセンサー

クアッドコプターの制御システムを作成し、センサーを設定する必要があります。

Control System

Parrotクアッドコプターミニドローンの制御システムを作成するには、ドローンの安定性、高度、方向、軌跡を管理するアルゴリズムとコントローラーを設計する必要があります。

ミニドローンの制御システムを設計するときは、ドローンの特定のダイナミクスと制約、および意図するミッションやアプリケーションの要件を考慮する必要があります。安全性、安定性、応答性は、制御システム設計の重要な側面です。

制御のために、クアッドコプターは補完フィルターを使用して姿勢を推定し、カルマンフィルターを使用して位置と速度を推定します。

このモデルは、コントローラーと推定器をサブシステムとして実装し、設計のために推定器とコントローラーの複数の組み合わせを評価できます。

クアッドコプター飛行制御システム

Quadcopter flight simulation flight control system

入力.  飛行制御システム (FCS) の入力は次のとおりです。

  • 航空機コマンド — Commandサブシステムから

  • センサー — Sensorサブシステムから

  • 画像データ — Sensorsサブシステムから

コンポーネント.  FCS の主なコンポーネントは次のとおりです。

  1. 画像処理システム — このシステムはセンサーからの画像データを使用して着陸フラグを計算し、着陸ロジック制御システムへの入力を形成します。サブシステムは、カメラからの画像で赤が優勢であるかどうかを検出します。

  2. 着陸ロジック — 着陸ロジック システムは、カメラ データに基づいて設定される着陸フラグと、機体が安全限界の 0.6 m (地面からの高さ) に近づいた場合に設定される着陸オーバーライド フラグに基づいて、コントローラーを起動してクワッドコプターを着陸させます。

  3. 推定器 — サブシステムは、センサー サブシステムの出力を使用して、補完フィルター (姿勢用) とカルマン フィルター (位置と速度用) によって機体の状態を推定します。

  4. コントローラ — 実装されたコントローラロジックは

    • ピッチ/ロール制御用のPIDコントローラ。

    • ヨー用PDコントローラ

    • 北東下座標系における位置制御用PDコントローラ

  5. 衝突予測フラグ — フラグは機体の状態値に基づいて設定されます。シミュレーションは、光学フロー速度 (u または v が >0.01) または推定位置 (x または y >10) に基づいて停止されます。

controllerVars ファイルには、コントローラーに関連する変数が含まれています。estimatorVars ファイルには推定値に関連する変数が含まれています。値はこれらのファイル https://github.com/Parrot-Developers/RollingSpiderEdu/tree/master/MIT_MatlabToolbox/trunk/matlab/libs/RoboticsToolbox に基づいています。

センサー

モデルでは、次のいずれかのタイプのセンサーを使用できます。

  • ダイナミックセンサー

  • フィードスルーセンサー

ダイナミック センサーとフィードスルー センサーは目的が異なり、飛行制御システムに異なる種類のデータを提供します。動的センサーは、ドローンの動きと向きの変化を測定するように設計されています。ドローンの動き、加速、回転のダイナミクスに関するリアルタイム データを提供します。ドローンによく使われる動的センサーには、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、慣性測定装置 (IMU) などがあります。

フィードスルー センサーは状態と環境値をセンサー出力として直接渡しますが、ダイナミック センサーでは IMU ブロックが状態値にノイズを追加します。

ワークスペースの VSS_SENSORS 変数を使用してセンサーを選択します。

このワークフローでは、一連のセンサーを使用してクアッドコプターの状態を判別します。これらの状態はクアッドコプターの向きと位置を表します。

  • VNED — 地球基準座標系における速度

  • XNED — 地球基準座標系での位置

  • オイラー — オイラー回転角 φ、θ、ψ

  • DCMbe — 地球軸からボディ固定軸への座標変換

  • Vb — ボディ固定座標系における速度

  • ɷ b — ボディ固定軸の角速度

  • dɷ b/dt — 角加速度

  • Abe —慣性座標系に対する加速度

これらのセンサーは次の状態を判定します。

  • 角速度と並進加速度を測定する IMU。

  • 光学フロー推定のアルゴリズム。

  • 高度測定用のソナー。

システムはセンサーの特性を sensorVars に保存します。これらの測定にセンサーのダイナミクスを含めるには、ワークスペースの VSS_SENSORS 変数を変更できます。