Моделювання в апаратному забезпеченні (SIH)

WARNING

Цей симулятор підтримується та обслуговується спільнотою. Він може працювати або не працювати з поточними версіями PX4 (відомо, що він працює в PX4 v1.14).

Перегляньте розділ Встановлення ланцюжка інструментів, щоб отримати інформацію про середовища та інструменти, які підтримуються основною командою розробників.

Симуляція у апаратному забезпеченні (SIH) - це альтернатива симуляції у апаратному забезпеченні (HITL) для квадрокоптерів, фіксованих крил (літаків) та VTOL хвостоподібних.

SIH може бути використано новими користувачами PX4 для знайомства з PX4 та різними режимами та функціями, а також, звичайно, для навчання польоту транспортного засобу за допомогою пульту керування в симуляції, що неможливо з SITL.

Загальний огляд

З SIH вся симуляція працює на вбудованому обладнанні: контролер, оцінювач стану та симулятор. Комп'ютер на робочому столі використовується лише для відображення віртуального транспортного засобу.

Сумісність

• SIH сумісний з усіма платами серії Pixhawk, за винятком тих, що базуються на FMUv2.
• SIH для квадрокоптера підтримується з версії PX4 v1.9.
• SIH для фіксованих крил (літака) та VTOL-конвертоплана підтримується з версії PX4 v1.13.
• SIH як SITL (без апаратного забезпечення) з версії PX4 v1.14.

Переваги

SIH має кілька переваг перед HITL:

• Він забезпечує синхронізований час, уникаючи двостороннього з'єднання з комп'ютером. В результаті користувачеві не потрібен такий потужний настільний комп'ютер.
• Усе моделювання залишається в середовищі PX4. Розробники, які знайомі з PX4, можуть легше включити свою власну математичну модель в симулятор. Вони, наприклад, можуть змінити аеродинамічну модель або рівень шуму датчиків, або навіть додати датчик для симуляції.
• Фізичні параметри, які представляють транспортний засіб (такі як маса, інерція та максимальна сила тяги), можна легко змінити з параметрів SIH.

Вимоги

Щоб запустити SIH, вам знадобиться:

• Контролер польоту, наприклад плата серії Pixhawk
• Розробка комп'ютера для відображення віртуального автомобіля.
• Ручне управління: або радіосистема управління, або джойстик.

Починаючи з PX4 v1.14, ви можете запускати SIH "як SITL", у цьому випадку контролер польоту не потрібен.

Налаштування SIH

Щоб налаштувати SIH

1. Підключіть контролер польоту до настільного комп’ютера за допомогою кабелю USB
2. Відкрийте QGroundControl і зачекайте, поки контролер польоту також завантажиться та підключиться.
3. Відкрийте Vehicle Setup > Airframe, а потім виберіть потрібний каркас:
   • Квадрокоптер SIH X
   • SIH літак AERT
   • SIH Tailsitter Duo

Потім автопілот перезавантажиться. Після перезапуску модуль sih запускається, і транспортний засіб має відображатися на карті наземної станції керування.

WARNING

Літак повинен злітати в ручному режимі на повному газі. Крім того, якщо літак розбився, оцінювач стану може втратити своє виправлення.

Налаштування відображення

Для відображення симульованого транспортного засобу:

1. Закрийте QGroundControl (якщо відкрито).

2. Відключіть і знову підключіть контролер польоту (дайте декілька секунд на його завантаження).

3. Запустіть jMAVSim, викликавши скрипт jmavsim_run.sh з терміналу:

   ./Tools/simulation/jmavsim/jmavsim_run.sh -q -d /dev/ttyACM0 -b 2000000 -o

   де прапорці такі:

   • -q, щоб дозволити зв'язок з QGroundControl (необов'язково).
   • -d, щоб розпочати роботу з послідовним пристроєм /dev/ttyACM0 на Linux. На macOS це буде /dev/tty.usbmodem1.
   • -b, щоб встановити швидкість передачі даних через послідовний порт на 2000000.
   • -o, щоб запустити jMAVSim тільки у режимі відображення (тобто фізичний двигун вимкнено, і jMAVSim лише відображає траєкторію, надану SIH в реальному часі).
   • додайте прапорець -a, щоб відобразити літак, або '-t', щоб відобразити вертикальнітник. Якщо цей прапорець не вказаний, за замовчуванням відображатиметься квадрокоптер.

4. Через кілька секунд можна знову відкрити QGroundControl.

На цьому етапі систему можна запустити та вивести в польот. Транспортний засіб можна спостерігати за рухом в jMAVSim та на екрані польоту QGC.

Запуск SIH як SITL (без апаратних засобів)

SIH можна запустити як SITL (Software-In-The-Loop) з версії 1.14. Це означає, що код симуляції виконується на ноутбуці/комп'ютері, подібно до Gazebo або jMAVSim. У цьому випадку не потрібне апаратне забезпечення контролера польоту.

Для запуску SIH як SITL:

1. Встановіть PX4 набір інструментів розробника.

2. Виконайте відповідну команду make для кожного типу транспортного засобу (в корені репозиторію PX4-Autopilot):

   • квадротор:

     make px4_sitl sihsim_quadx

   • Закріплені крила (літаки):

     make px4_sitl sihsim_airplane

   • XVert VTOL tailsitter:

     make px4_sitl sihsim_xvert

SITL дозволяє виконувати симуляцію швидше, ніж у реальному часі. Щоб запустити симуляцію літака в 10 разів швидше, ніж у реальному часі, запустіть команду L

PX4_SIM_SPEED_FACTOR=10 make px4_sitl sihsim_airplane

Динамічний режим

Динамічні моделі для різних транспортних засобів:

• Квадротор: pdf звіт.
• З нерухомим крилом: на основі кандидатської дисертації: «Моделювання динаміки маневрених безпілотних літальних апаратів з нерухомим крилом» Khan, Waqas, під керівництвом Nahon, Meyer, Університет Макгілла, докторська дисертація, 2016.
• Tailsitter: Натхненний магістерською дисертацією: «Моделювання та керування безпілотним літальним апаратом з літаючим крилом» Chiappinelli, Romain, під керівництвом Nahon, Meyer, Університет Макгілла, магістерська робота, 2018.

Відео

Автори

SIH спочатку був розроблений компанією Coriolis g Corporation. Модель літака та моделі вертикальних засідателів були додані компанією Altitude R&D inc. Обидві ці компанії знаходяться в Канаді:

• Coriolis g розробляє новий тип транспортних засобів вертикального зльоту та посадки (VTOL) на основі пасивних зв'язуючих систем;
• Altitude R&D спеціалізується на динаміці, керуванні та реальному часім симуляціям.

Симулятор випущений безкоштовно під ліцензією BSD.