Experimento de simulación virtual de colaboración grupal y ensamblaje de vehículos aéreos no tripulados multirrotor
Año de solicitud: 2019
Categoría de aplicación: Aeronáutica y Astronáutica
Universidad afiliada: Universidad Aeroespacial de Nanjing
Líder del proyecto: Lei Lei
Contenido experimental: ensamblaje de vehículos aéreos no tripulados multirrotor y experimento de simulación virtual colaborativa en grupo
Objetos experimentales: drones multirotor Hombre-Máquina Universidad de Nanjing de Aeronáutica y Astronáutica
Líder del proyecto: Lei Lei
Nivel de diseño experimental: tipo de diseño integral
La agrupación de UAV es una ciencia y tecnología de sistemas de aviación Ciencia de vanguardia y la tecnología que está altamente integrada con la tecnología de la información se ha convertido en un punto de acceso de investigación en el campo de la defensa nacional. Implica carreras de ingeniería tradicionales, como diseño e ingeniería de aeronaves, ingeniería de la información, etc., y existe una necesidad urgente de talentos interdisciplinarios con capacidades prácticas. Sin embargo, la enseñanza experimental relacionada con los grupos de vehículos aéreos no tripulados enfrenta serias dificultades, como alto riesgo, alta dificultad y alto costo. En respuesta a los problemas anteriores, la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Nanjing, con el equipo docente como núcleo, llegó a Nanjing Hengdian Information Technology Co., Ltd. y Hengdian basándose en resultados de investigación y enseñanza científica relevantes, y en línea con el. Principio de "puede ser real sin ser ficticio y combinar lo ficticio con lo real", las dos partes unieron fuerzas para desarrollar el proyecto "Experimento de simulación virtual de colaboración grupal y ensamblaje de clústeres de UAV multirotor".
El experimento de simulación virtual de colaboración grupal y ensamblaje de UAV multirrotor está diseñado para permitir a los estudiantes dominar los parámetros y la depuración de los equipos UAV multirotor, el presupuesto y la creación de redes de enlaces de grupos UAV, la agrupación de UAV Principios técnicos y métodos experimentales relacionados como la colaboración y la evitación autónoma de obstáculos. Con el fin de cultivar la capacidad de los estudiantes para analizar y resolver problemas de ingeniería, este proyecto proporciona a los estudiantes una isla virtual con un área de aproximadamente 64 metros cuadrados mediante modelado. En él hay bases militares tanto para el enemigo como para nosotros mismos. Nuestra base cuenta con un laboratorio de equipos de UAV, un terreno de vuelo de prueba y 14 tipos de componentes de UAV multirrotor, y restaura las funciones del modelo 1:1.
Este experimento 1*** consta de 3 enlaces:
(1) Equipo UAV multirotor y depuración de parámetros
Los estudiantes primero se centran en el multirotor rotor UAV Los componentes hombre-máquina comienzan a aprender y luego el sistema genera aleatoriamente tareas de diseño del sistema de energía. Los estudiantes calculan y seleccionan unidades de energía razonables fuera de línea. El sistema calcula varios indicadores de rendimiento de energía según las elecciones de los estudiantes. Los estudiantes juzgan de forma independiente si se cumplen los requisitos de diseño. En los subvínculos de instalación, ensamblaje y depuración, los estudiantes sacan los componentes del dron multirotor de la biblioteca de repuestos y completan el ensamblaje. En este enlace, se guía a los estudiantes para que lleven a cabo un aprendizaje independiente basado en la investigación y tolerante a fallos. Si las hélices delanteras y traseras se instalan incorrectamente durante el proceso de ensamblaje, o la dirección de instalación del módulo GPS se ajusta incorrectamente, el proyecto no interrumpirá los experimentos de los estudiantes. El error solo quedará expuesto si el dron se vuelca durante el vuelo de prueba después del. Se completa la instalación. Los estudiantes investigarán la causa del error revisando la información relevante en la "Perspectiva de comprensión" y regresarán al ensamblaje para realizar ajustes. Después de que el vuelo de prueba fue exitoso, los estudiantes ajustaron los parámetros proporcional (P), integral (I) y diferencial (D) del sistema de control PID del dron, corrigiendo el "balanceo", la "jitter de alta frecuencia" y la "deriva" del dron. y "Regresar". "Deriva", "rebota", etc., hasta que el UAV vuele sin problemas. Finalmente, se mostrarán los resultados de este enlace.
(2) Red y presupuesto del enlace del clúster de UAV
(3) Cooperación en enjambre de vehículos aéreos no tripulados y evitación autónoma de obstáculos
Exploración del campo de fuerza virtual. El modelo de Boids proporciona tres reglas básicas de comportamiento del cúmulo, a saber, colisión, coincidencia de velocidades y agregación. El método de actitud virtual de Boids compara la influencia del movimiento de los nodos del cúmulo de vehículos aéreos no tripulados con la influencia de la fuerza en el movimiento de los objetos. El movimiento de los nodos del grupo de vehículos aéreos no tripulados es análogo a la influencia de la fuerza en el movimiento de los objetos.
Cuando los nodos están en diferentes áreas, los cambios en la postura virtual se pueden observar a través del proceso de síntesis de fuerza virtual basado en la ley del paralelogramo. A través de la analogía de las tejas y piedras de cobre, se reduce la dificultad para que los estudiantes comprendan las reglas del campo de fuerza virtual. Al evitar obstáculos en colaboración, los estudiantes utilizan el método de la variable de control para analizar gradualmente el impacto de varios valores de parámetros del campo de fuerza virtual. sobre el rendimiento del grupo de UAV y explorar de forma independiente. De esta manera, se obtiene un esquema de diseño conjunto para los parámetros óptimos del rendimiento colaborativo del grupo de UAV y, finalmente, se presentan los resultados experimentales de esta lección.
Este experimento requiere que los estudiantes realicen un aprendizaje independiente basado en investigaciones tolerantes a fallas. La evaluación de los resultados experimentales se centra en la capacidad de los estudiantes para analizar y resolver problemas. El informe experimental no es único. El sistema puede evaluar automáticamente los tres. Se calificará la finalización del enlace experimental y, finalmente, la puntuación experimental final del estudiante se calculará en función del peso de 30, 30 y 40 de los tres enlaces experimentales. Finalmente, la puntuación experimental final de los estudiantes se calcula según los pesos de los tres enlaces experimentales de 30, 30 y 40 respectivamente.
Este experimento se ha utilizado en universidades relevantes e institutos de investigación científica líderes en la industria. Con la cooperación de profesores de China Southern Airlines y Hengdian Company, no solo guía el desarrollo de proyectos de enseñanza experimentales y destaca el desarrollo. eficiencia, pero también garantiza eficazmente Ha mejorado la calidad del material didáctico experimental en términos de funcionalidad, compatibilidad, facilidad de uso y estética, y también ha contribuido modestamente a la investigación científica de la aviación de mi país.