APM半实物仿真

一,半实物仿真介绍
本次半实物仿真用到的文件都在“HIL_APM”文件夹中。
1.      下载FlightGear软件和MissionPlanner软件。经实践验证FlightGear2.6版本和MissionPlanner1.3.10版本搭配可以进行本次半实物仿真,FlightGear3.0版本和MissionPlanner1.3.10版本搭配不可以进行本次半实物仿真。
2.      先安装FlightGear软件,32位操作系统安装在C盘“Program Files”文件夹中,64位操作系统安装在C盘Program Files(x86)文件夹中。
3.      再安装MissionPlanner,32位操作系统安装在C盘“Program Files”文件夹中,64位操作系统安装在C盘Program Files(x86)文件夹中。
4.      以32位操作系统为例,拷贝”system.fgfsrc”到C:\Program Files\FlightGear\data(64位操作系统拷贝到C:\Program Files(x86)\FlightGear\data)文件夹中,拷贝MAVLink.xml文件到C:\Program Files\FlightGear\data\Protocol文件夹中(64位操作系统拷贝到C:\Program Files(x86)\FlightGear\data\Protocol)。再拷贝“Rascal”文件夹到C:\ProgramFiles\FlightGear\data\Aircraft文件夹中(64位操作系统拷贝到C:\ProgramFiles(x86)\FlightGear\data\Aircraft)。
5.      如果是64位操作系统,还要拷贝C:\ProgramFiles(x86)\FlightGear中的“data”文件夹到C:\ProgramFiles\FlightGear\bin\Win64文件夹中。
6.      打开missionPlanner软件,选择“初始设置->Install Firmware”,点击选择两排图形标志下方“HIL SIMULATOR”的“PLANE”,下载仿真用的飞行控制程序到APM板子里。
7.      选择好端口和传输速率将APM板子与MissionPlanner连接,在MissionPlanner中选择“模拟->FlightGear”,点击右边的“启动FG飞机”,如果是安装好MissionPlanner后首次点击“启动FG飞机”,需要选择FlightGear的主程序,32位操作系统选择C:\ProgramFiles\FlightGear\bin\Win32中的“fgfs.exe”,64位操作系统选择C:\ProgramFiles\FlightGear\bin\Win64中的“fgfs.exe”。等待FlightGear启动。如果选择FlightGear的主程序选择错了,需要卸载MissionPlanner软件,并删除C盘中MissionPlanner的安装文件夹。
8.      检查航模接收机正确连接在APM上,遥控器打开,遥控器油门在最低上。点击MissionPlanner模拟中左上角的“模拟链接开始\停止”键,模拟开始,如果是首次使用,此时进行遥控器校准后再飞飞机。模拟结束时先点击“模拟链接开始\停止”再关闭FlightGear窗口。
9.      关于用半实物仿真在MissionPlanner中飞模式,首先在“配置/调试”中调好PID参数和L1控制参数。
如:
PID都取(p=1,i=0.1,d=0.05),以后精细调节;
L1的周期取40,阻尼比取0.75;
TECS参数:pitch抑制取0.75,时间常数取10。
然后在“飞行计划”中规划好航点,设置好航点的飞机飞行高度、起飞着陆等模式。在遥控器上设置好飞行模式的切换,可以先用Mannul模式起飞,上升到一定高度在用遥控器切换到AUTO模式。飞行结束后想再飞AUTO模式要把APM与MissionPlanner断开连接重新连接。
APM(ArduPilot Mega)中使用HITL(Hardware-in-the-Loop,硬件在环)仿真是一种高效的验证方式,可以将实际硬件(如飞控板)与仿真环境连接,实现接近真实场景的测试。尽管在较新的APM版本中HITL功能有所调整,但仍然可以通过特定步骤进行配置[^1]。 ### 配置HITL仿真的基本步骤 1. **选择合适的APM版本** APM 407版本支持较为完整的HITL功能,适合用于搭建HITL仿真环境。如果使用的是较新的415版本,可能需要手动恢复或重新集成HITL相关代码。 2. **准备硬件设备** 需要一块支持HITL的飞控硬件,如Pixhawk系列控制器。确保飞控与计算机通过USB或串口正确连接,并能够与仿真软件通信。 3. **搭建仿真平台** APM的HITL仿真通常依赖于jMAVSim或Gazebo等仿真工具。jMAVSim是一个轻量级的仿真器,适合快速测试飞行逻辑;而Gazebo提供更复杂的物理仿真能力,适合高级测试[^4]。 - **使用jMAVSim进行HITL仿真** 在ArduPilot源码目录下,运行以下命令启动jMAVSim仿真器: ```bash python Tools/autotest/sim_vehicle.py -v ArduCopter -f gazebo ``` 如果要连接真实飞控,需添加`--model`参数指定HITL模式。 - **使用Gazebo进行HITL仿真** 确保已安装Gazebo和PX4仿真插件,运行以下命令启动Gazebo并加载无人机模型: ```bash gazebo Tools/sitl_gazebo/worlds/iris.world ``` 然后通过MAVLink协议将飞控与Gazebo连接起来。 4. **使用地面站软件进行监控** 可以使用Mission Planner或QGroundControl作为地面站软件,用于上传固件、设置参数和监控飞行状态。Mission Planner对APM固件支持良好,提供丰富的调试和校准功能[^3]。 5. **测试与调试** HITL仿真允许进行诸如失控保护、自动着陆、避障等高风险操作的测试。可以通过地面站发送指令,观察飞控在仿真环境中的响应行为,从而验证算法和控制逻辑。 ### 注意事项 - HITL仿真对网络延迟和通信稳定性要求较高,建议使用高速USB转串口线连接飞控。 - 在搭建过程中,注意固件版本与仿真工具的兼容性,不同版本之间可能存在接口差异。 - 日志记录和分析是HITL测试的重要环节,建议使用Mission Planner内置的日志分析工具进行数据回放和问题定位[^3]。
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