Ανάπτυξη και μοντελοποίηση αυτόνομου ΣμΕΑ επιτρέποντας την υλοποίηση ψηφιακού διδύμου

Λιόλης, Ευάγγελος

Development and modeling of autonomous UAV system as a digital twin enabler

Διπλωματική εργασία

Author

Λιόλης, Ευάγγελος

Date

2024-03-11

Advisor

Piromalis, Dimitrios

Διπλωματική Εργασία (6.966Mb)

Keywords

Eλεγκτής πτήσης ; Λογισμικό PX4 ; Pixhawk 4 ; FMUK66 ; MATLAB ; Simulink ; Μοντελοποίηση ; Προσομοίωση ; Τετρακόπτερο ; ΣμηΕΑ ; jMAVSim ; Model-based design ; Software-in-the-loop ; Hardware-in-the-loop ; Flight controller ; Quadcopter ; UAV ; UAS

Abstract

Κατά την υλοποίηση αυτής της εργασίας έγινε προσπάθεια για κατασκευή ενός συστήματος ψηφιακού διδύμου για έναν ελεγκτή πτήσης Pixhawk 4. Αυτή η προσπάθεια έγινε χρησιμοποιώντας την τεχνική του Model-based Design μέσω της πλατφόρμας Simulink του MATLAB. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκε η πλατφόρμα Simulink για παραγωγή κώδικα και προσομοιώσεις software-in-the-loop, ενώ έγινε προσπάθεια και για hardware-in-the-loop προσομοίωση. Όσον αφορά το φυσικό αντικείμενο, δηλαδή το τετρακόπτερο το οποίο χρησιμοποιήθηκε, του περάσαμε υλικολογισμικό (firmware) και βαθμονομήθηκε στο πρόγραμμα QGroundControl. Αφού τελικά βεβαιωθήκαμε για την πλήρη λειτουργικότητα όλων των εξαρτημάτων του τετρακόπτερου, έγινε προσπάθεια για την σύνδεση του με την πλατφόρμα Simulink, η οποία απέτυχε. Έτσι έγινε μια προσομοίωση software-in-the-loop, με το λογισμικό PX4 να τρέχει στον υπολογιστή αντί για τον φυσικό ελεγκτή πτήσης, και οπτικοποίηση της μέσω του προγράμματος προσομοίωσης jMAVSim, το οποίο είναι ενσωματωμένο στο MATLAB.

Abstract

This thesis attempts the implementation of a digital twin system for a Pixhawk 4 flight controller. This attempt was carried out using the Model-based Design approach through MATLAB’s Simulink suite. More specifically, Simulink was utilized for code generation and software-in-the loop simulations, with attempts made for a hardware-in-the-loop simulation as well. Regarding the physical object, namely the quadcopter used, it underwent firmware installation and calibration using QGroundControl. After ensuring that all quadcopter components were functional, an attempt was made to connect it to the Simulink platform, which was unsuccessful. Consequently, a software-in-the-loop simulation was performed, with the PX4 software running on Host Target (a computer) instead of the physical flight controller, and was visualised through jMAVSim, a simulation application integrated into MATLAB.