《飞行控制技术综合实践》多旋翼高级阶段HIL仿真实验

《飞行控制技术综合实践》多旋翼高级阶段HIL仿真实验
课程名称：飞行控制技术综合实践
实验项目名称：多旋翼高级阶段HIL仿真
一、Rflysim仿真平台介绍
RflySim采用基于模型设计（Model-Based Design，MBD）的思想，可用于无人系统的控制和安全测试。

因MATLAB/Simulink支持MBD的整个设计阶段，所以选择它们作为控制/视觉/集群算法开发的核心编程平台；同时，因Python是免费的且有丰富的视觉处理库，支持它作为顶层视觉与集群算法开发。

除了MATLAB/Simulink 和Python，RflySim还有其他开源的软件和工具，也包括为此专门设计的软件和工具。

1.RflySim是一套专门为教育和研究打造的基于Pixhawk /PX4 和MA TLAB/Simulink的快速开发平台。

2.基于Windows平台，一键安装。

3.采用基于模型的开发理念，应用软件在环（SIL）和硬件在环（HIL）仿真加速开发过程。

4.RflySim允许开发者无需接触C++，而是直接使用MATLAB/Simulink设计底层控制器（如姿态控制器和位置控制器）和顶层应用（如顶层决策和自主飞行），并直接将其部署到多旋翼自驾仪上。

5.可以很方便的修改多旋翼模型的参数来适配你自己的多旋翼飞行器进而采用SIL和HIL验证控制算法。

二、Rflysim仿真平台
（1）Rflysim环境配置
1.获取安装包，从官方途径获取最新.iso的镜像，用Windows资源管理器来加载镜像
2. 启用WSL子系统功能：开启WSL子系统功能：双击“0.UbuntuWSL\ En ableWSL.bat”脚本（先关闭杀毒软件以免拦截），在“用户账户控制”窗口点击“是”，即可自动开启WSL子系统。

电脑首次执行本命令，需要在弹出窗口中输入“Y”来确认并重启电脑。

3. 一键安装脚本：点击MATLAB的“浏览文件夹”按钮，定位到刚才加载iso镜像得到文件夹，鼠标右键OnekeyScript.p ，点击“运行”按钮（或在窗口输入OnekeyScript 命令）
4. 推荐安装配置-首次运行
（2）单机控制接口实现
1.Pixhawk固件还原（需联网）方法如下：
1）打开QGC地面站软件，断开Pixhawk；
2）如下图所示，点击工具栏齿轮图标进入载具设置页面，再点击“Firmware”（固件）标签进入固件烧录页面；
3）用USB 线连接Pixhawk 自驾仪到电脑，此时软件会自动识别Pixhawk 硬件，如下图所示所示，在界面右侧弹出固件配置窗口，勾选第一项“PX4 ***”，然后点击“确定”，QGC 开始自动下载（需联网，无法联网请参考下一页使用本地固件）并安装最新的PX4 固件到Pixhawk中；
2.Pixhawk硬件在环仿真模式4•完成固件烧录后，自驾仪会自动重启并连接到QGC上；此时，如右图所示，进入“Airframe（机架）”标签页，选择机架类型为“HILQuadcopterX”，然后点击右上角的“ApplyandRestart”（应用并重启）按钮，此时自驾仪会自动重启；•重启后QGC会自动寻找串口并连接到Pixhawk，此时查看各个配置页，确保Pixhawk进入硬件在环仿真模式。

完成遥控器校准和模式设置后，暂时拔掉Pixhawk上的接收机。

3.PX4HITL硬件在环仿真测试
1）如果使用RflySim高级版，请插入Pixhawk，再直接运行桌面的HITLRun快捷方式，在弹出窗口中输入串口号，按下回车来开启硬件在环仿真系统。

2）也可不用一键脚本手动启动，请插入Pixhawk，打开CopterSim软件，在“飞控选择”下拉框选择飞控串口，并点击“开始仿真”，然后手动打开QGC和3DDisplay。

3）在QGC中，点击“纸飞机”按钮-起飞-滑动来确认，可以看到视景中飞机自动起飞，说明配置正确。

（3）单地面站对多架旋翼机航路规划仿真实现
四旋翼：六旋翼：
固定翼：
多架旋翼机仿真规划：
（4）四架旋翼机圆形编队飞行仿真验证三、实飞场景
四、总结
在本周的专周实验项目中，通过对Rflysim仿真平台的使用，利用HITL_RUN以及SITL_RUN软件对多旋翼飞机进行仿真飞行；通过Coptersim软件修改飞机各项参数，改变飞机类型为四旋翼、六旋翼、固定翼进行仿真飞行；通过QGroundControl地面站对无人机飞行线路规划，实现单架多旋翼无人机线路规划仿真、多架多旋翼无人机线路规划仿真、以及四架旋翼机圆形编队飞行。

在后续的实际手操无人机活动中，对多旋翼无人机、固定翼无人机分别进行试飞控制，其中固定翼控制难度大，多旋翼无人机控制简便。

五、实验数据记录和处理
六、实验结果与分析
在本次专周实验活动中，我们分别从两个角度，无人机仿真规划以及无人机现场实操对无人机进行控制飞行，在实验过程中，接送机与遥控器完成对码后与Pixhawk连接，在电脑上完成调试及飞行模式选择后可以通过机架的选择完成对其他机型的仿真。

也可以多个Pixhawk连接到一个电脑完成对多架无人机的飞行模拟及飞行路径规划。

使用Rflysim模拟仿真软件可以在电脑上完成无人机的调试及模拟飞行，减少了无人机在实际飞行中初步调试时出现的风险。

七、讨论和心得
通过本次专周，我们对Rflysim仿真平台有了一定的了解，对matlab仿真软件的使用、地面站的调试、pixhawk飞控等多方面知识都进行了较浅的学习，
使用遥控器及Pixhawk在电脑上实现无人机飞行模拟。

进行了无人机的实际飞行，体验了利用Python对无人机进行路径规划并实现飞行，也实际通过遥控器对现实无人机进行飞行，加强了无人机飞行掌控能力。