“一切可以被控制的對象，都需要被數(shù)學量化”

這是筆者從事多年研發(fā)工作得出的道理，無論是車輛控制，機器人控制，飛機控制，還是無人機控制，所有和機械運動相關(guān)的控制，如果不能被很好的數(shù)學量化，那么將不會被很好的控制。

因為工作需要，筆者曾拜訪過很多無人機研發(fā)公司，高校和研究所。發(fā)現(xiàn)大多數(shù)無人機研發(fā)公司的研發(fā)手段，相較于國外，還很初級。基本都是嵌入式開發(fā)居多，側(cè)重于驅(qū)動的修改，飛行邏輯的修改。我認為這算不上是嚴格的無人機開發(fā)。因為大多數(shù)公司，都沒有給被控對象(無人機)，建立完整的數(shù)學模型。只是利用開源的框架，調(diào)整控制參數(shù)，沒有完整的測試流程和測試指標。這樣研發(fā)出來的飛機一致性很差，每一架飛機的飛行狀態(tài)都不統(tǒng)一，完全不能滿足于工業(yè)應(yīng)用的場景。2018/2019年倒閉的無人機公司，大多數(shù)都是存在這種情況。

不乏有些原本從事互聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)的公司，轉(zhuǎn)行從事無人機開發(fā)。在運動控制領(lǐng)域，和互聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)的不同。有的時候互聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)，不需要建立被控對象的數(shù)學模型。秉承設(shè)計模式，軟件架構(gòu)設(shè)計，協(xié)作編程，大規(guī)模軟件集中測試，上線。在無人系統(tǒng)開發(fā)中，軟件構(gòu)架設(shè)計也是必不可少的，但是在測試的環(huán)節(jié)，如果沒有建立數(shù)學模型，測試無從談起，因為一般的真機測試，代價，效率和測試密集程度遠遠達不到要求。因為一個BUG會導致飛機墜毀，而任何一個新系統(tǒng)，往往存在大量的BUG。

而在已經(jīng)成熟工業(yè)界，比如汽車，飛機制造，電力電子，航天等領(lǐng)域大量采用了基于Matlab基于Simulink的模型開發(fā)手段。

我們阿木實驗室提供如下的課程體系和打包工具：

課程將全面，細致地講解如何基于模型(Simulink)的方法設(shè)計一套功能強大的飛控系統(tǒng)。本課程由多位一線資深飛控工程師設(shè)計，結(jié)合多年的基于模型的飛控開發(fā)經(jīng)驗，給大家提供最先進，最前沿的飛控開發(fā)體驗。

概述

基于模型的開發(fā)將省去繁瑣的代碼編寫步驟，只需要拖動幾個模塊，就像搭積木一般，輕松搭建您自己的飛控算法。飛控開發(fā)人員可以將更多的精力放在算法本身，而不需要過多關(guān)注代碼實現(xiàn)的細節(jié)，這樣將大大加快開發(fā)的效率，減少在代碼編寫過程中產(chǎn)生的錯誤。同時，基于模型的開發(fā)具有優(yōu)秀的代碼復(fù)用性。也就是說，已經(jīng)設(shè)計好的功能模塊，只需要簡單的復(fù)制粘貼，就能輕松地應(yīng)用到其它任何地方，免去了代碼移植過程的繁瑣。

基于模型的開發(fā)另外一個強大的優(yōu)勢即在于“一次試驗，多次仿真”的目的。結(jié)合Simulink強大的開環(huán)和閉環(huán)仿真系統(tǒng)，只需采集一次數(shù)據(jù)，便可通過仿真再現(xiàn)在真實世界中的實際表現(xiàn)。通過修改模型算法或參數(shù)，可以進行在線的數(shù)據(jù)仿真和調(diào)試，大大簡化調(diào)試的難度。

系統(tǒng)接口與總線設(shè)計

在我們設(shè)計控制系統(tǒng)之前，首先要做的就是定義系統(tǒng)的輸入/輸出接口。在Simulink中，接口一般都是以總線的方式進行定義?？梢詫⒖偩€理解為C語言中的結(jié)構(gòu)體，當把Simulink模型自動生成C代碼后，也可以看到總線最終是用結(jié)構(gòu)體來進行實現(xiàn)的。

對于內(nèi)環(huán)的姿態(tài)環(huán)控制器來說，輸入總線設(shè)計如下：

Command_Bus

Element

Type

Unit

Meaning

reset

uint8

[0,1]

為1復(fù)位控制器

mode

uint8

[0,1]

0:角度控制，1:角速度控制

base_th

int16

0~1000

姿態(tài)環(huán)基礎(chǔ)油門

Reference_Bus

Element

Type

Unit

Meaning

phirefrad

single

rad

目標roll

thetarefrad

single

rad

目標pitch

psirefrad

single

rad

目標yaw

prefradDs

single

rad/s

目標roll角速度

qrefradDs

single

rad/s

目標pitch角速度

rrefradDs

single

rad/s

目標yaw角速度

States_Bus

Element

Type

Unit

Meaning

phirad

single

rad

roll當前值

thetarad

single

rad

pitch當前值

psirad

single

rad

yaw當前值

pradDs

single

rad/s

roll角速度當前值

qradDs

single

rad/s

pitch角速度當前值

rradDs

single

rad/s

yaw角速度當前值

輸入接口總共有三個總線，分別是CommandBus，ReferenceBus和StatesBus。其中CommandBus是控制總線，用來對控制系統(tǒng)進行一些設(shè)置，如模式設(shè)置，復(fù)位等。ReferenceBus和StatesBus是目標信號總線和狀態(tài)信號總線，可以理解為控制器的目標值和當前值?？刂破鞯哪康木褪峭ㄟ^控制來使得當前值盡可能收斂到目標值。

輸入接口設(shè)計完了，接下來是輸出接口。輸出接口相比輸入要簡單很多，無非就是多路pwm指令輸出。這里我們預(yù)留6個pwm輸出接口，即最多可以支持6軸的控制，當面，也可以根據(jù)自己的需要，來進行修改。

ControlOutBus

Element

Type

Unit

Meaning

pwm1

uin16

1000~2000

電機1 pwm信號

pwm2

uin16

1000~2000

電機2 pwm信號

pwm3

uin16

1000~2000

電機3 pwm信號

pwm4

uin16

1000~2000

電機4 pwm信號

pwm5

uin16

1000~2000

電機5 pwm信號

pwm6

uin16

1000~2000

電機6 pwm信號

好了，現(xiàn)在接口都定義好了，那么下一步的問題就是如何在Simulink里面來實現(xiàn)這些接口定義了。

其實，在Simulink中實現(xiàn)這些接口定義很簡單。Simulink提供了一個Bus Editor的工具，只需要進行簡單配置就可以定義任何你需要的接口或者總線了。

下面一步一步地講解一下總線的定義方法：

• 首先打開控制模型，點擊Edit->Bus Editor
• 這里我之前已經(jīng)配置過了，所以能看到我已經(jīng)定義過的總線。但是如果是自己第一次進行設(shè)計的話，這里應(yīng)該是空的?？梢渣c擊如紅色圈圈所示的add bus來添加Bus信號，這里我們總共需要添加4個Bus。三個輸入總線和一個輸出總線。Bus添加好后，在最右邊的Property，修改Bus的名稱。添加好Bus之后，我們下面就需要往Bus里面添加Element，即總線的元素。首先選定一個Bus,然后點擊藍色圈圈圈出的add element選項，即可添加元素。
• 然后需要對Element進行配置。如圖所示，我們一般只需要對Name，Data Type和Dimension三個選項進行配置即可。Dimension為變量的維度，如果我們的element需要配置為向量或者矩陣，那么就需要對Dimension進行配置。
• 配置完成后，需要點擊File->Export to File來將Bus的配置保存成.m還活著.mat文件。因為Bus的定義都是保存在工作空間的。當你下次打開matlab的時候，工作空間都是會被清除的，所以我們需要將我們的Bus定義保存成文件，這樣，當下次打開matlab的時候，只需要load一下我們的.mat/.m文件，就能將我們定義的Bus再load進工作空間。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的matlab cuda的.cu文件应该放在那里_无人机基于Matlab/Simulink的模型开发(连载一）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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