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).

See Toolchain Installation for information about the environments and tools supported by the core development team.

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.
• 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:

• Контролер польоту, наприклад плата серії Pixhawk
• Ручне управління: або радіосистема управління, або джойстик.
• 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. Відкрийте Vehicle Setup > Airframe, а потім виберіть потрібний каркас:
   • Квадрокоптер SIH X
   • SIH літак 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

Літак повинен злітати в ручному режимі на повному газі. 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.

SIH

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

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).
   • add a flag -a to display an aircraft or -t to display a tailsitter. 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.

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. 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

Change Simulation Speed

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. If this flag is not present a quadrotor will be displayed by default.

Set Custom Takeoff Location

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.

For example:

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:

• Квадротор: pdf звіт.
• 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. Модель літака та моделі вертикальних засідателів були додані компанією 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.