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固定翼 UAV 用のウェイポイント追従コントローラーの調整
この例では、固定翼無人航空機 (UAV) 用のウェイポイント追従コントローラーを設計する方法を説明します。Guidance Modelブロックと Waypoint Followerブロックは、UAV ガイダンス モデルをシミュレーションし、ウェイポイントを追従するコマンドを生成する主要コンポーネントです。
この例では、各種の制御構成を繰り返し、固定翼 UAV の運動学モデルをシミュレーションすることで、UAV の飛行動作を実証します。
ガイダンス モデルの構成
固定翼ガイダンス モデルは、固定翼のエアロダイナミクス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。このガイダンス モデルは、ほぼ安定飛行状態にある小型 UAV の低忠実度での飛行シミュレーションに適しています。このガイダンス モデルを使用して、ウェイポイント追従コントローラーによって誘導される固定翼 UAV の飛行状態のシミュレーションを実行できます。
Simulink® モデル uavStepResponse を使用して、ステップ制御入力に対する固定翼ガイダンス モデルの応答を観察できます。
open_system("uavStepResponse");ウェイポイント追従コントローラーの統合
fixedWingPathFollowing モデルは、ウェイポイント追従コントローラーと固定翼ガイダンス モデルを統合したものです。このモデルは、ガイダンス モデルの出力バス信号から必要な情報を抽出し、ウェイポイント追従コントローラーに供給する方法を示しています。このモデルは、ガイダンス モデル ブロックの制御入力と環境入力を組み合わせています。
open_system("fixedWingPathFollowing");ウェイポイント追従コントローラーの構成
ウェイポイント追従コントローラーは、Waypoint Follower ブロックと固定翼 UAV 機首方位コントローラーの 2 つの部分で構成されています。
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ウェイポイントに基づいて、UAV の目的の機首方位を計算します。UAV はこれらの機首方位に沿って飛行し、リスト内の各ウェイポイント (指定された遷移半径内) を通ります。
Heading Control ブロックは、協調飛行条件下でロール角を制御することにより UAV の向首角を制御する比例コントローラーです。
UAV Animationブロックは、Waypoint Follower ブロックによって計算された UAV の飛行経路、姿勢、および前方注視点を可視化します。無風状態での固定翼シミュレーションの場合、ボディ ピッチ角は飛行経路角と迎角の和になります。小型固定翼 UAV の迎角は通常、自動操縦によって制御され、比較的小さく維持されます。可視化のために、飛行経路角を使用してピッチ角を近似します。無風で横滑りがゼロのシナリオでは、ボディのヨー角は向首角と同一になります。
シミュレーションを通じたウェイポイント追従コントローラーの調整
モデルのシミュレーションを実行します。スライダーを使用して、ウェイポイント追従コントローラーを調整します。
sim("fixedWingPathFollowing")
次の図は、前方注視距離を小さく (5)、機首方位制御を速く (3.9) した場合の飛行動作を示しています。UAV がウェイポイント間で曲線経路を追従していることがわかります。
次の図は、前方注視距離を大きくし、機首方位制御を遅くした場合の飛行動作を示しています。
まとめ
この例では、複数の制御パラメーターのセットを手動で反復することにより、UAV のウェイポイント追従コントローラーを調整します。このプロセスを拡張して、多数のさまざまな制御パラメーターを自動的に適用し、カスタマイズしたナビゲーション コントローラーに最適な制御構成を得ることができます。
飛行動作が設計仕様を満たしたら、その最適な制御パラメーターを Aerospace Blockset でビルドした高忠実度モデル、または外部のフライト シミュレーターでテストすることを検討します。
% close Simulink models close_system("uavStepResponse"); close_system("fixedWingPathFollowing");
参考
uavLidarPointCloudGenerator | uavPlatform | updateSensors
