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:

• It ensures synchronous timing by avoiding the bidirectional connection to the computer. As a result the user does not need such a powerful desktop computer.
• The whole simulation remains inside the PX4 environment. 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

To run the SIH, you will need a:

• Flight controller, such as a Pixhawk-series board
• Development computer for displaying the virtual vehicle.
• Manual controller: either a radio control system or a joystick.

From PX4 v1.14 you can run SIH "as SITL", in which case a flight controller is not required.

Setting up SIH

Щоб налаштувати SIH

1. Connect the flight controller to the desktop computer with a USB cable
2. Open QGroundControl and wait for the flight controller too boot and connect.
3. Open Vehicle Setup > Airframe then select the desired frame:
   • SIH Quadcopter X
   • SIH plane AERT
   • SIH Tailsitter Duo

The autopilot will then reboot. Once restarted the sih module is started, and the vehicle should be displayed on the ground control station map.

WARNING

The airplane needs to takeoff in manual mode at full throttle. Also, if the airplane crashes the state estimator might lose its fix.

Setting up the Display

To display the simulated vehicle:

1. Close QGroundControl (if open).

2. Unplug and replug the flight controller (allow a few seconds for it to boot).

3. Start jMAVSim by calling the script jmavsim_run.sh from a terminal:

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

   where the flags are:

   • -q to allow the communication to QGroundControl (optional).
   • -d to start the serial device /dev/ttyACM0 on Linux. On macOS this would be /dev/tty.usbmodem1.
   • -b to set the serial baud rate to 2000000.
   • -o to start jMAVSim in display Only mode (i.e. the physical engine is turned off and jMAVSim only displays the trajectory given by the SIH in real-time).
   • add a flag -a to display an aircraft or '-t' to display a tailsitter. If this flag is not present a quadrotor will be displayed by default.

4. After few seconds, QGroundControl can be opened again.

At this point, the system can be armed and flown. The vehicle can be observed moving in jMAVSim, and on the QGC Fly view.

Running the SIH as SITL (without hardware)

SIH can be run as SITL (Software-In-The-Loop) from v1.14. What this means is that the simulation code is executed on the laptop/computer, similar to Gazebo or jMAVSim. In this case you don't need the flight controller hardware.

To run SIH as SITL:

1. Install the PX4 Development toolchain.

2. Run the appropriate make command for each vehicle type (at the root of the PX4-Autopilot repository):

   • quadrotor:

     make px4_sitl sihsim_quadx

   • Fixed-wing (plane):

     make px4_sitl sihsim_airplane

   • XVert VTOL tailsitter:

     make px4_sitl sihsim_xvert

SITL allows the simulation to be run faster than real time. To run the airplane simulation 10 times faster than real time, run the commandL

PX4_SIM_SPEED_FACTOR=10 make px4_sitl sihsim_airplane

Динамічний режим

The dynamic models for the various vehicles are:

• Quadrotor: pdf report.
• Fixed-wing: Inspired by the PhD thesis: "Dynamics modeling of agile fixed-wing unmanned aerial vehicles." Khan, Waqas, supervised by Nahon, Meyer, McGill University, PhD thesis, 2016.
• Tailsitter: Inspired by the master's thesis: "Modeling and control of a flying wing tailsitter unmanned aerial vehicle." Chiappinelli, Romain, supervised by Nahon, Meyer, McGill University, Masters thesis, 2018.

Відео

Подяка

SIH was originally developed by Coriolis g Corporation. The airplane model and tailsitter models were added by Altitude R&D inc. Both are Canadian companies:

• Coriolis g develops a new type of Vertical Takeoff and Landing (VTOL) vehicles based on passive coupling systems;
• Altitude R&D is specialized in dynamics, control, and real-time simulation.

The simulator is released for free under BSD license.