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Un tutorial y revisión sobre la co-simulación de control de vuelo utilizando Matlab/Simulink y simuladores de vuelo

Autores: Horri, Nadjim; Pietraszko, Mikolaj

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2022

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Acceso abierto

Artículo científico
2022

Un tutorial y revisión sobre la co-simulación de control de vuelo utilizando Matlab/Simulink y simuladores de vuelo


Categoría

Procesos industriales

Subcategoría

Automatización industrial

Palabras clave

Pruebas de vuelo
Entorno virtual
Simulación
Modelos de aeronaves
Sistemas de control
Co-simulación

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 39

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Las pruebas de vuelo en un entorno virtual tridimensional realista se están considerando cada vez más como una forma segura y rentable de evaluar modelos de aeronaves y sus sistemas de control. El documento comienza revisando y comparando los simuladores de vuelo más populares basados en computadoras personales que han sido interconectados con éxito hasta la fecha con el software de MathWorks. Este enfoque de co-simulación permite combinar las fortalezas de las herramientas de Matlab para funciones que incluyen navegación, control y modelado de sensores con las avanzadas capacidades de simulación y renderizado de escenas del software de simulación de vuelo dedicado. Este enfoque se puede utilizar para validar modelos de aeronaves, algoritmos de control, características de manejo de vuelo o realizar identificación de modelos a partir de datos de vuelo. Sin embargo, hay una falta de tutoriales de co-simulación de vuelo paso a paso suficientemente detallados, y también ha habido pocos intentos de evaluar más de un enfoque de co-simulación de vuelo a la vez. Por lo tanto, demostramos nuestras propias implementaciones de co-simulación paso a paso utilizando Simulink con tres simuladores de vuelo diferentes: Xplane, FlightGear y el entorno de prueba de vuelo virtual (VFTE) de Alphalink. Las tres co-simulaciones emplean un protocolo de datagramas de usuario en tiempo real (UDP) para la comunicación de datos, y cada enfoque tiene ventajas dependiendo del tipo de aeronave. En el caso de una aeronave de aviación general Cessna-172, una co-simulación de Simulink con Xplane demuestra pruebas de vuelo virtual exitosas con un seguimiento simultáneo preciso de los cambios de referencia de altitud y velocidad mientras se mantiene la estabilidad de alabeo bajo condiciones de viento arbitrarias que presentan desafíos en la Cessna de un solo hélice. Para un vehículo aéreo no tripulado (UAV) Rascal-110 de media resistencia, Simulink se interconecta con FlightGear y con QGroundControl utilizando el protocolo MAVlink, que permite seguir con precisión la trayectoria lateral del UAV en un mapa, y esta configuración se utiliza para evaluar la validez de los modelos de UAV de seis grados de libertad basados en Matlab. Para un vehículo aéreo miniatura (MAV) ZOHD Nano Talon más pequeño, Simulink se interconecta con el VFTE, que fue diseñado específicamente para este MAV, y con QGroundControl para la prueba de pilotos automáticos avanzados basados en observadores H-infinito utilizando una simulación de software en el bucle (SIL) para lograr un vuelo robusto a baja altitud en condiciones de viento. Esto se extiende finalmente a la implementación de hardware en el bucle (HIL) en el MAV Nano Talon utilizando un bus de datos de red de área de control (CAN) y un piloto automático mini Pixhawk-4 con modelos de sensores simulados.

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