从低保真度到高保真度无人机模型的过渡分为三个阶段

这个示例使用:

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这个例子展示了如何不断发展你的无人机植物模型，以保持与最新信息的同步。 

背景

随着设计的进展，无人机(UAV)设计周期提供了对无人机特性的增量更好的访问。通过增加它的保真度，这个信息可以用来通过基于模型的设计方法不断地发展一个工厂模型。

在设计周期接近尾声时，有足够的信息来开发一个高保真的工厂。为了准确地建模无人机， 高保真 模型包含了所有的力和力矩，风和 环境 影响和传感器的详细建模。 但是，在设计过程的早期，这种级别的信息对设计人员可能是不可用的。为了建立这样一个 复杂的 模型，它可以进行几次飞行和风洞测试，以创建足够详细的空气动力系数，以计算所有影响无人机的力和力矩。这些因素 可能会阻碍制导算法的设计，直到设计过程结束，得到更真实的无人机动力学估计。   

为了更快地同时设计制导算法，无人机算法设计师 可以从低保真度模型开始，并在获得额外数据时发展他们的植物模型。 

仅使用低保真度模型来设计 指导算法 也会带来风险。在没有控制器或气动约束的情况下， 乐观制导技术对于飞行器动力学较慢的真实无人机可能会失败。 

这个例子强调了另一种方法。通过逐步向模拟中添加控制和动态层，您可以从低保真度 指导块 进展到中等保真度 模型，然后是 高保真度 模型。在这个过程中，中等保真度模型成为一个有用的工具，可以利用有关植物模型的有限信息来调整和测试指导算法。

因此，中保真度模型用于测试遵循算法的给定路径。由于高保真模型在设计过程结束之前是不可用的，所以 高保真模型只在稍后使用，通过比较步骤响应和跟随 行为的路径来验证我们的建模方法。 

打开示例和项目文件

如需访问示例文件，请单击打开生活的脚本或使用openExample函数。

openExample (“shared_uav_aeroblks / UAVFidelityExample”）

打开本例中提供的S万博1manbetximulink™项目。

cdfidelityExampleopenProject (“fidelityExample.prj”）

该项目包含无人机模型的三个版本，低保真度、中保真度和高保真度，带有步骤，以研究它们的步骤响应和路径跟踪行为。

低保真模型

假设您的无人机具有如下表所示的设计规格。此模型中提供的低保真度变体被调优以实现所需的响应，但您可以根据特定需求调优这些增益。低保真度装置使用UAV制导块，这是UAV的降阶模型。要运行低保真度变体，请单击模拟植物 快捷方式下低忠诚项目工具条的 组。

该快捷方式将FidelityStage参数设置为1，配置FidelityStepResponse模型来模拟低保真度模型，并输出阶跃响应。计算了高度、空速和横摇响应的阶跃响应。

打开无人机固定翼制导模型块FidelityStepResponse / FixedWingModel / LowFidelity子系统。在配置 选项卡中，检查为高度、空速和滚转响应设置的增益。这个制导块集成了控制器和飞行器的动力学。低保真度的变型给出了UAV能以多快的速度实际响应以帮助调整高级计划人员的初步估计。

Medium-Fidelity模型

随着无人机设计的进展，升力和阻力系数变得可用。飞机的电机由用户选择，它定义了推力曲线。为了测试制导算法对这些新信息的有效性，本例在这一步将这些信息添加到植物模型中。

为了设计一个中等保真度的模型，模型只需要初步的 气动系数、推力曲线和响应时间规格．要模拟一个中等保真度的无人机，你可以使用固定翼点质量块。块只需要升力，阻力和推力输入，这是更容易在早期设计阶段近似比详细的力和力矩的飞机。要设置中等保真度的变体，请单击建立工厂 快捷方式下媒介忠诚项目工具条的 组。

检查下面模型中的车辆动力学选项卡富达stepresponse /FixedWingModel/中富达/无人机植物动力学/车辆动力学．

中保真度模型将无人机表示为质点，主要控制变量为攻角和滚转角。这个中等保真度的工厂模型将滚转，俯仰，推力作为控制输入。点质量块具有滚动和攻角的瞬时动力学。该模型使用一个传递函数，根据上一步表格中共享的滚转响应规范对滚转滞后进行建模。

中等保真度的飞机控制的是俯仰而不是攻角。由于攻角是点质量块的输入，植物模型使用下面的方程将pitch转换为alpha。

$Θ ＝ γ_{一个}$ + $α$

$Θ$ ， $γ_{一个}$ 和 $α$ 分别表示俯仰角、风架中的航迹角和迎角。

与低保真度模型不同，中保真度模型将自动驾驶仪从植物动力学中分离出来。中等保真度的工厂需要增加一个高度俯仰角和空速油门控制外环控制器。提供的预定义控制器使用标准的pid调谐环路，以达到满意的响应，而没有超调。要检查外环控制器，请打开Outer_Loop_Autopilot 万博1manbetx仿真软件模型。

Medium-Fidelity阶跃响应

假设无人机满足所有响应时间规范，在前一步中对低保真度设备进行了调谐。为了验证这个假设，使用中等保真度的植物。对改良植物的阶跃响应的研究被用来对比低保真度和中保真度变异的性能。要模拟中等保真度的步进响应，请单击 模拟植物  快捷方式媒介忠诚项目工具条的 组。阶跃响应图如图所示。

注意，该模型满足下表所示的设计标准，实现了0.6秒的空气速度沉降时间和4.1秒的高度响应。然而，高度响应比低保真度变体慢。这种反应延迟是由于附加的空气动力学约束放置在中等保真度的工厂。

模拟路径跟踪算法

通过无人机中保真度模型的更准确响应，您现在可以测试航路点跟随器或导航算法来跟踪航路点。制导算法设计见“固定翼无人机航点跟随器调谐”实例。

要模拟和可视化中保真无人机路径跟随模型，请点击 模拟路径追随者  快捷方式媒介忠诚项目工具条的 组。

请注意，中保真度无人机精确地遵循所需的路径。

高阶跃响应

中等保真度模型用于测试路径跟随器设计使用简单的飞机参数在早期的设计状态。然而，重要的是继续增加保真度以捕获无人机控制响应，以研究更复杂的情况。例如，使用更详细的空气动力学系数可以分析复杂的运动，如双重机动。另一个例子是，添加执行器动力学可以让你研究对姿态内环控制器的后续影响，这可能导致不稳定。通过这种方式，高保真度工厂允许控制系统设计的改进。在这一步中，为了研究响应的变化，我们观察了一种添加了这些动态的高保真植物。

高保真植物输入所有的力和力矩到一个6自由度块，增加了机载传感器，并为无人机建模驱动器动力学。与中保真度的植物不同，高保真度的植物不直接接受姿态输入。相反，增加了一个内环控制器来控制姿态。此外，偏航补偿回路平衡 非零 侧滑。该模型重用了为中保真度模型设计的外环控制器。为了验证中等保真度模型提供了有用的中间信息，使用较高保真度模型的响应。

要模拟和可视化高保真阶跃响应，请单击模拟植物 快捷方式下高保真项目工具条的 组。注意，尽管增加了复杂性，但轨迹与中等保真度模型很匹配。另外，请注意，高保真度阶段的设计规格是相对相同的。这种相似性表明了中逼真度植物模型无人机动力学的准确性。