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固定翼 UAV の中間点追従の調整

この例では、固定翼無人航空機 (UAV) の中間点追従コントローラーを、Robotics System Toolbox の UAV ライブラリのUAV Guidance ModelブロックおよびWaypoint Followerブロックを使用して設計します。

この例では、さまざまな制御構成を繰り返して、固定翼 UAV の運動学モデルをシミュレートすることによって UAV の飛行動作を示します。

メモ: この例では、Robotics System Toolbox® の UAV ライブラリをインストールする必要があります。roboticsAddons を呼び出してアドオン エクスプローラーを開き、ライブラリをインストールします。

誘導モデルのコンフィギュレーション

固定翼の誘導モデルでは、固定翼の航空力学と自動操縦で構成される閉ループ システムの運動学的動作を近似します。この誘導モデルは、UAV の安定した飛行条件に近い低忠実度で小型 UAV の飛行をシミュレートする場合に適しています。この誘導モデルを使用して、中間点追従によって誘導される固定翼 UAV の飛行ステータスをシミュレートできます。

以下の Simulink® モデルを使用すると、ステップ制御入力に対する固定翼誘導モデルの応答を観察できます。

open_system('uavStepResponse');

中間点追従との統合

fixedWingPathFollowing モデルは、中間点追従を固定翼誘導モデルに統合します。このモデルは、誘導モデルの出力バス信号から必要な情報を抽出し、中間点追従に供給する方法を示します。このモデルでは、誘導モデル ブロックの制御入力と環境入力を組み合わせます。

open_system('fixedWingPathFollowing');

中間点追従のコンフィギュレーション

中間点追従コントローラーには、UAV Waypoint Follower ブロックと固定翼 UAV 進行方向コントローラーの 2 つの部分が含まれています。

UAV Waypoint Follower ブロックは、現在の姿勢、前方注視距離、および指定された一連の中間点に基づいて、UAV の目的の進行方向を計算します。これらの進行方向に沿って飛行すると、UAV はリスト内の各中間点 (指定された遷移半径内) を訪れます。

Heading Control ブロックは、調整された飛行条件の下でロール角を制御することによって UAV の向首角を調整する比例コントローラーです。

UAV Animationブロックは、UAV の飛行経路と姿勢を可視化します。無風状態での固定翼シミュレーションでは、ボディ ピッチ角は、飛行経路角と迎角の合計です。小型の固定翼 UAV の場合、通常、迎角は自動操縦によって制御され、比較的小さいままです。可視化のために、ピッチ角を飛行経路角で近似します。無風、横滑りなしの条件では、ボディのヨー角は向首角と同じです。

シミュレーションによる中間点追従コントローラーの調整

次の各図は、前方注視距離が短く (5)、進行方向制御が高速 (3.9) の飛行動作を示しています。中間点の間の非常にカーブの多い経路を UAV が追従していることに注目してください。

次の図は、前方注視距離が長く、進行方向制御が低速の飛行動作を示しています。

まとめ

この例では、複数セットの制御パラメーターを手動で繰り返すことによって UAV 飛行コントローラーを調整します。この処理を拡張すると、多数の制御パラメーターから成るセットを自動的にスイープして、カスタマイズされたナビゲーション コントローラーに最適な制御構成を取得できます。

飛行動作が設計仕様を満たしたら、Aerospace Blockset または外部の飛行シミュレーターで構築された高忠実度モデルで、選択した制御パラメーターをテストできます。