Моделювання в апаратному забезпеченні (SIH)

PX4 v1.9 (MC)PX4 v1.13 (MC, VTOL, FW)

WARNING

This simulator is community supported and maintained. It may or may not work with current versions of PX4 (known to work in PX4 v1.14).

Дивіться Встановлення інструментарію для інформації про середовища та інструменти, що підтримуються основною командою розробників.

Simulation-In-Hardware (SIH) is an alternative to Hardware In The Loop simulation (HITL) for quadrotors, fixed-wing vehicles (airplane), and VTOL tailsitters.

SIH can be used by new PX4 users to get familiar with PX4 and the different modes and features, and of course to learn to fly a vehicle using an RC controller in simulation, which is not possible using SITL.

Загальний огляд

With SIH the whole simulation is running on embedded hardware: the controller, the state estimator, and the simulator. The Desktop computer is only used to display the virtual vehicle.

Сумісність

• SIH is compatible with all PX4 supported boards except those based on 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 provides several benefits over 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.
• The physical parameters representing the vehicle (such as mass, inertia, and maximum thrust force) can easily be modified from the SIH parameters.

Вимоги

To run the SIH, you will need a:

• Flight controller, such as a Pixhawk-series board
• Manual controller: either a radio control system or a joystick.
• QGroundControl for flying the vehicle via GCS.
• Development computer for visualizing the virtual vehicle (optional).

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

Starting SIH

To set up/start SIH:

1. Connect the flight controller to the desktop computer with a USB cable.
2. Відкрийте QGroundControl і зачекайте, поки контролер польоту також завантажиться та підключиться.
3. Open Vehicle Setup > Airframe then select the desired frame:
   • SIH Quadcopter X
   • SIH plane AERT
   • SIH Tailsitter Duo

Потім автопілот перезавантажиться. The sih module is started on reboot, and the vehicle should be displayed on the ground control station map.

WARNING

The airplane needs to takeoff in manual mode at full throttle. Крім того, якщо літак розбився, оцінювач стану може втратити своє виправлення.

Display/Visualisation (optional)

The SIH-simulated vehicle can be displayed using jMAVSim as a visualiser.

TIP

SIH does not need a visualiser — you can connect with QGroundControl and fly the vehicle without one.

Для відображення симульованого транспортного засобу:

1. Close QGroundControl (if open).

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

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

   де прапорці такі:

   • -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. Якщо цей прапорець не вказаний, за замовчуванням відображатиметься квадрокоптер.

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

На цьому етапі систему можна запустити та вивести в польот. The vehicle can be observed moving in jMAVSim, and on the QGC Fly view.

SIH as SITL (no FC)

SIH можна запустити як SITL (Software-In-The-Loop) з версії 1.14. What this means is that the simulation code is executed on the laptop/computer instead of a flight controller, similar to Gazebo or jMAVSim. In this case you don't need the flight controller hardware.

Для запуску SIH як SITL:

1. Install the PX4 Development toolchain.

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

Зміна швидкості симуляції

SITL дозволяє виконувати симуляцію швидше, ніж у реальному часі. To run the airplane simulation 10 times faster than real time, run the command:

PX4_SIM_SPEED_FACTOR=10 make px4_sitl sihsim_airplane

To display the vehicle in jMAVSim during SITL mode, enter the following command in another terminal:

./Tools/simulation/jmavsim/jmavsim_run.sh -p 19410 -u -q -o

• add a flag -a to display an aircraft or -t to display a tailsitter. Якщо цей прапорець не вказаний, за замовчуванням відображатиметься квадрокоптер.

Встановлення власного місця зльоту

The takeoff location in SIH on SITL can be set using environment variables. This will override the default takeoff location.

The variables to set are: PX4_HOME_LAT, PX4_HOME_LON, and PX4_HOME_ALT.

Наприклад:

export PX4_HOME_LAT=28.452386
export PX4_HOME_LON=-13.867138
export PX4_HOME_ALT=28.5
make px4_sitl sihsim_quadx

Dynamic Models

Динамічні моделі для різних транспортних засобів:

• Quadrotor: pdf report.
• Fixed-wing: Inspired by the PhD thesis: "Dynamics modeling of agile fixed-wing unmanned aerial vehicles." Khan, Waqas, під керівництвом Nahon, Meyer, Університет Макгілла, докторська дисертація, 2016.
• Tailsitter: Inspired by the master's thesis: "Modeling and control of a flying wing tailsitter unmanned aerial vehicle." Chiappinelli, Romain, під керівництвом Nahon, Meyer, Університет Макгілла, магістерська робота, 2018.

Відео

Автори

SIH спочатку був розроблений компанією Coriolis g Corporation. The airplane model and tailsitter models were added by Altitude R&D inc. Обидві ці компанії знаходяться в Канаді:

• Coriolis g developped 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 (today relocated in Zurich).

Симулятор випущений безкоштовно під ліцензією BSD.