MAS240
Prosjektfag: måle- og reguleringsteknikk
Delprosjekt 5: Dronesimulator
MAS240
Delprosjekt 5
Formålet med prosjektoppgaven
Formålet med delprosjektet er å kontrollere de estimerte horisontale hastighetene til den
stasjonære dronen med en joystick. Sluttproduktet av prosjektet å kunne fly i et virtuelt xyplan. Det virtuelle planet kan fremstilles enten ved hjelp av et xy-plott, eller ved hjelp av en
dronesimulator.
Kontroll-strukturen til delprosjektet er vist i figur 1 og 2.
5v
Joystick
Horisontal x-retning
𝑣𝑆𝑃
𝜔𝑆𝑃
𝜃𝑆𝑃
PI
PI
𝑣
𝜃
𝜔
P
1
𝑠
Plant
1
𝑔∙
𝑠
0v
Vinkelhastighetssløyfe
Vinkelposisjonssløyfe
Horisontal hastighetsløyfe
Figur 1- Kontrollstruktur for hastighetskontroll i x-retning
5v
Joystick
Horisontal y-retning
𝑣𝑆𝑃
𝜔𝑆𝑃
𝜃𝑆𝑃
PI
PI
Plant
𝑣
𝜃
𝜔
P
1
𝑠
𝑔∙
1
𝑠
0v
Vinkelhastighetssløyfe
Vinkelposisjonssløyfe
Horisontal hastighetsløyfe
Figur 4 - Kontrollstruktur for hastighetskontroll i y-retning
A2
A3
Figur 2 - Utlevert joystick
Figur 3 - Koblingsskjema for joystick
2
MAS240
Delprosjekt 5
Del 1: Roll-kontroll
Gjenta delprosjekt 4 for å styre roll på dronen. Koble opp de nye motorene og
motorkontrolleren i henhold til koblingsskjema fra forrige delprosjekt.
Del 2: Fly ved hjelp av joystick
Koble joysticken i henhold til figur 3. De ulike aksene til joysticken leses med to ulike analoge
innganger på Arduinoen. Det kan lønne seg å legge et filter på dette signalet for å gjøre
responsen mykere. Normaliser avlesningen/tilpass signalet til å ha en maksimalverdi som skal
tilsvare en ønsket makshastighet i horisontalplanet.
Det kan lønne seg å legge til et kunstig dødbånd på aksene til joysticken, slik at du er sikker på
at verdien blir null da den slippes til senterposisjon.
Figur 5 - Simulink modell for avlesning av joystck
Del 3: Dronesimulator
Ved å integrere hastighetssignalet kan posisjonen til de ulike aksene estimeres.
I denne delen av oppgaven kan dere selv velge hvordan dere vil simulere flyvingen. Velg
alternativ 1 først, utforsk alternativ 2 om det blir tid.
Alternativ 1: Enkel xy-flyving
Fremstill flyturen ved hjelp av et xy-plott.
3
MAS240
Delprosjekt 5
Alternativ 2 – Flyving i simulert miljø (ikke obligatorisk)
Disclaimer: Det har vist seg å være noen problemer med timingen til modellene i denne
oppgaven, som gjør at kontrollsystemet oppfører seg ulikt i de forskjellige modusene.
Når systemet er tunet skal softwaren lastes opp på arduinoen (Build), altså ikke «Monitoring
and Tune» som vi vanligvis har brukt.
Når softwaren kjører på arduinoen kan vi benytte seriell kommunikasjon for å sende data fra
arduinoen til et program i Simulink som skal vise dronens posisjon og orientering.
Installer “UAV Toolbox” fra «Add-ons» i MATLAB (R2021a eller nyere).
•
Sett opp et simulert miljø med blokken «Simulation 3D
Scene Configuration» for å fly den stasjonære dronen i.
•
Sett inn blokken «Simulation 3D UAV Vehicle» for å
simulere en drone i det gitte miljøet.
I denne blokken skal posisjonen og rotasjonen til
dronen fra de tidligere oppgavene sendes inn i
vektorform.
•
Sett opp seriell kommunikasjon i programmet som lastes opp på Arduinoen (send), samt i
programmet med simulatoren (recieve).
4