Användarhandledning duavn II - The Pigeon Version 0.6 Dokumentansvarig: Joakim Rylander Datum: 15 maj 2007 2 -THE Status Granskad ReviewerName Date1 Godkänd ApproverName Date2
Projektidentitet Grupp E-mail: Hemsida: Beställare: Kund: Kursansvarig: Projektledare: Handledare: cdioflyg@yahoogroups.com http://www.isy.liu.se/edu/projekt/tsrt71/aircraft/ Daniel Axehill, Linköpings universitet Telefon: +46 13 281311, E-mail: daniel@isy.liu.se Rickard Karlsson, Linköpings universitet Telefon: +46 13 281890, E-mail: rickard@isy.liu.se Anders Hansson, Linköpings universitet Telefon: +46 13 281681, E-mail: hansson@isy.liu.se Jonas Månsson Phone: +46 703-6821669, E-mail: jonma575@student.liu.se Jeroen Hol, Linköpings universitet Phone: +46 13 282803, E-mail: hol@isy.liu.se Rikard Falkeborn, Linköpings universitet Phone: +46 13 282048, E-mail: falkeborn@isy.liu.se Gruppmedlemmar Namn Ansvarsområden Telefon E-mail (@student.liu.se) Ledningsgrupp Jonas Månsson Projektledare 073-6821669 jonma575 Markus Olsson Gruppledare UAV 070-5305280 marol523 UAV-gruppen Markus Olsson Gruppledare 070-5305280 marol523 Malin Kjelldal Dokumentansvarig 070-4051120 malkj133 Petter Säby Kvalitetsansvarig 070-3083110 petsa060 Johan Gunnarsson Testansvarig 070-3707338 johgu540 Mattias Nilson Designansvarig mjukvara 070-6072066 matni943 Rikard Vinkvist Designansvarig hårdvara 070-6682519 vinri370 Johan Kingstedt Integrationsansvarig 073-9300412 johki998 Björn Eriksson Flygplansansvarig 070-2316196 bjoer625 Kameragruppen Jonas Månsson Gruppledare 073-6821669 jonma575 Joakim Rylander Dokumentansvarig 070-3651633 joary771 Andreas Karlsson Kvalitetsansvarig 013-4821056 andka573 Anders Nordlund Testansvarig 070-5869389 andno586 Jonas Josefsson Designansvarig hårdvara 070-8715290 jonjo442 & mjukvara Patrik Martinsson Integrationsansvarig 070-8338713 patma570
Dokumenthistorik Version Datum Utförda ändringar Utförda av Granskad av 0.1 13/4-07 Första utkast. JG Name1 0.2 2/5-07 Tillägg av VR-enhet JR Name2 0.3 9/5-07 Tillägg av inledning och korrekturläsning MK Name2 0.4 10/5-07 Tillägg av flygdatoravsnitt MK Name2 0.5 10/5-07 Komplettering av VR-del JR Name2 0.6 14/5-07 Korrekturläsning MK Name2
Innehåll 1 Inledning 1 2 Flygdator 1 2.1 Material och antaganden..................................... 1 2.2 Förberedelse............................................ 1 2.3 Uppstart.............................................. 1 2.4 Avsluta.............................................. 3 2.5 Ftp................................................. 4 2.6 Loggfiler.............................................. 4 2.6.1 ticklogg.log........................................ 4 2.6.2 gpslogg.log........................................ 4 2.6.3 imulogg.log........................................ 5 2.6.4 controllogg.log...................................... 5 2.6.5 conlogg.log........................................ 5 2.6.6 poslogg.log........................................ 6 3 Hardware In The Loop 6 3.1 Skapa en bana.......................................... 6 3.2 Utvärdering av verklig flygning................................. 7 3.2.1 Visualisering offline.................................... 7 3.3 Manuellt mode.......................................... 8 3.3.1 Beskrivning av systemet................................. 8 3.3.2 Anvisning manuell flygning............................... 8 3.3.3 Visualisering offline.................................... 10 3.4 Autonomt mode......................................... 10 3.4.1 Beskrivning av systemet................................. 10 3.4.2 Anvisning autonom flygning............................... 11 3.4.3 Visualisering offline.................................... 12 4 Virtual Reality-enhet 12 4.1 Ihopkoppling under locket på lådan............................... 12 4.1.1 Kretskort (1)....................................... 13 4.1.2 Videomottagare (2)................................... 13 4.1.3 Radiosändare (3)..................................... 13 4.1.4 IMU (4).......................................... 13 4.1.5 Batteri (5)........................................ 13 4.2 Ihopkoppling i planet....................................... 14 4.2.1 Kretskort (1)....................................... 14 4.2.2 Kamera (2)........................................ 14 4.2.3 Videosändare (3)..................................... 14 4.2.4 Radiomottagare (4)................................... 15 4.2.5 Servon (5)......................................... 15 4.2.6 Batteri (6)........................................ 15 4.3 Lådans kontrollpanel....................................... 15 4.3.1 Enhetens strömbrytare (1)................................ 15
4.3.2 Fläktens strömbrytare (2)................................ 15 4.3.3 Resetknapp (3)...................................... 15 4.3.4 Kontrollampa (4)..................................... 16 4.3.5 Videokabel (5)...................................... 16 4.3.6 IMU (6).......................................... 16 4.3.7 Batteriuttag (7)..................................... 16 4.4 Användning............................................ 17 5 Flygplanet 17 6 Referenser 17
UAV 1 1 Inledning Denna användarhandledning beskriver hur man ska använda UAV:n duvanii som har utvecklats i kursen Reglerteknisk projektkurs vid Linköpings universitet våren 2007. Här beskrivs hur man genomför manuella och autonoma flygningar samt hur man loggar data från dessa. Det finns också beskrivet hur man gör hardeware-in-the-loop-simuleringar och hur man utvärderar datat efter en flygning. Flygplanet är även utrustat med en VRenhet som finns beskriven i denna manual. 2 Flygdator I detta avsnitt beskrivs handhavandet av flygdatorn. 2.1 Material och antaganden För att koppla upp mot flygdatorn behövs en Laptop med Linux installerat, en dubbeltvistad tp-kabel samt flygdatorn. Det antas att användaren har grundkunskaper i Linux såsom att starta upp och navigera i ett terminalfönster samt att kunna använda nätverksinställningarna. 2.2 Förberedelse Här beskrivs vilka förberedelser man bör göra innan man startar upp flygdatorn. 1. Starta upp laptopen. 2. Se till att laptopen har en statisk ip-adress t.ex. 192.168.0.60 (behöver endast göras en gång). 3. Anslut laptopen med tp-kabeln till flygdatorn. 4. Se till att alla kopplingar till flygdatorn är som de ska. 5. Slå på matning till flygdatorn antingen med 7.4 V batteri eller spänningskub med 7.4 V DC. 6. Om detta inte är en HITL flygning så slå på IMU:n via ställdonet. 7. Flygdatorn är klar att startas. 2.3 Uppstart Här beskrivs hur man startar upp flygdatorn. 1. Starta upp ett terminalfönster. 2. Anslut via telnet till flygdatorns grundsystem genom att skriva telnet 192.168.0.50 Användarnamnet är root, lösenordet är också root. 3. Sätt dagens datum genom att skriva
UAV 2 date mmddttttåååå t.ex. date 052913472007 vilket motsvarar den 29:e maj 2007 kl 13:47. 4. Flygdatorns huvudsystem ligger på flashkortet. För att komma åt flashkortet skriv./mountdisk Om förfrågningar om reparation dyker upp så svara ja, detta tyder på att flygdatorn inte blivit avstängd ordentligt sedan senaste användningen. 5. Logga in på datorns huvudsystem genom att skriva./getshell 6. Gå till mappen med styrprogrammet genom att skriva cd root 7. Om en ny bana genererats så flytta över den nu, mer om detta beskrivs i avsnittet om ftp. 8. Om detta är en hardware in the loop körning så hoppa till punkt nummer 10, annars fortsätt 9. Starta gpsloggern genom att skriva./startgps hoppa till punkt nummer 11. 10. Starta sensorsimulering genom att skriva./starhitl 11. Starta upp ett nytt terminalfönster och logga in på flygdatorns huvudsystem telnet 192.168.0.50,./getShell, cd root 12. Om detta är en riktig flygning hoppa till punkt nummer 15. 13. Om detta är en hardware in the loop körning skriv./duvan2hitl för att starta styrprogrammet. 14. Hoppa till punkt nummer 20 för att avsluta. 15. I respektive fall tryck kombinationen Ctrl-z
UAV 3 skriv sedan bg, exit, exit 16. Dra ut tp-kabeln. 17. Sätt i tp-kabeln igen och logga in på grundsystemet genom att skriva telnet 192.168.0.50 skriv telnet 192.168.0.50 för att se att programmen kör i bakgrunden. 18. Dra ur tp-kabeln och gör flygningen. 19. När planet landat sätt i tp-kabeln. 20. Logga in på grundystemet via telnet genom att skriva ps för att få processid på duvan2 samt gpslogger har. 21. Skriv kill -USR1 duvanprocessid kill gpsloggerprocessid alltså t.ex. kill -USR1 148, kill 132. kill -USR1 duvanprocessid, kill gpsloggerprocessid t.ex. kill -USR1 132, kill 147 22. Gå till punkt 5 om en ny flygning önskas annars avsluta. 2.4 Avsluta Här beskrivs hur man stänger ner flygdatorn. 1. Starta upp ett terminalfönster 2. Logga in på flygdatorns grundsystem genom att skriva telnet 192.168.0.50 3. Kolla så att inga andra terminalfönster är inloggade på flygdatorn, samt att ftp är avstängt. 4. Kolla så att inte duvan2 eller gpslogger kör genom att skriva ps 5. Avmontera flashkortet genom att skriva./umountdisk 6. Stäng av flygdatorn genom att skriva shutdown -h now
UAV 4 2.5 Ftp Här beskrivs hur man flyttar över en fil till flygdatorn. 1. Gör uppstartsförfarandet till och med punkt nr 4 om det inte redan gjorts. 2. Starta upp ett terminalfönster. 3. Navigera till den mappen där filen som skall flyttas över ligger. 4. Skriv ftp 192.168.0.50 Användarnamnet är root, inget lösenord. 5. Skriv cd /mnt/root för att komma till mappen med styrprogrammet. 6. Skriv put fil där fil är den fil du vill flytta över. 7. Skriv exit 8. Filen är kopierad till flygdatorn. 2.6 Loggfiler Här beskrivs hur loggfilerna är uppbyggda. Datan kommer i angiven ordning. 2.6.1 ticklogg.log I denna loggfil sparas hur många 2 khz tick det är mellan varje iterationstick. iterationstick - 2kHz tick 2.6.2 gpslogg.log I denna loggfil sparas gpsdata 1. -iterationstick 2. longitud 3. latitud 4. HDOP 5. VDOP 6. PDOP 7. fart över marken
UAV 5 2.6.3 imulogg.log I denna loggfil sparas imudata 1. -iterationstick 2. vinkelhastighet runt x-axeln i bodysystemet 3. vinkelhastighet runt y-axeln i bodysystemet 4. vinkelhastighet runt z-axeln i bodysystemet 5. vinkelacceleration runt x-axeln i bodysystemet 6. vinkelacceleration y-axeln i bodysystemet 7. vinkelacceleration z-axeln i bodysystemet 8. magnetiskt fält i x-led 9. magnetiskt fält i y-led 10. magnetiskt fält i z-led 11. eulervinkeln phi 12. eulervinkeln theta 13. eulervinkeln psi 2.6.4 controllogg.log I denna loggfil lagras avlästa styrsignaler från gatekeepern 1. -iterationstick 2. skevroder 3. höjdroder 4. gaspådrag 2.6.5 conlogg.log I denna fil sparas reglermodulens utsignaler 1. -iterationstick 2. referens på eulervinkeln phi från banföljningssystemet 3. skillnad i höjd mellan mål och flygplan 4. referens på vinkelhastigheten i pitch-led från banföljningssystemet 5. styrsignal till skevroder från LQ styrning 6. styrsignal till höjdroder från LQ styrning
UAV 6 2.6.6 poslogg.log I denna fil sparas positioneringssystemets utsignaler 1. -iterationstick 2. x-position i det jordfasta systemet 3. y-position i det jordfasta systemet 4. z-position i det jordfasta systemet 5. skattade eulervinkeln theta 6. skattade eulervinkeln phi 7. skattade eulervinkeln psi 8. vinkelhastighet runt x-axeln i bodysystemet 9. vinkelhastighet runt y-axeln i bodysystemet 10. vinkelhastighet runt z-axeln i bodysystemet 11. hastigheten u 12. hastigheten v 13. hastigheten w 3 Hardware In The Loop Denna del av användarhandledningen beskriver hur man använder testriggen Hardware- In-The-Loop i manuellt och autonomt mode. Den förklarar hur man går till väga för att skapa en bana, hur den kan visualiseras online, hur testriggen kopplas upp, vilka filer som behöver laddas ned samt hur parametrar initieras och simuleringen körs. Därefter beskrivs hur man sparar flygdata och utvärderar en flygning samt visualiserar den offline. 3.1 Skapa en bana En bana kan skapas och användas för att ha som en visuell referens vid manuell eller autonom flygning i form av bollar i luften som representerar banans GPS-koordinater. Banan kan även sparas i en textfil och sedan läggas in på flygdatorn för att skapa målkoordinater som regulatorn sedan navigerar efter. För att skapa en bana, följ anvisningarna nedan. 1. Logga in på en dator där MyGPS, Aerosim Blockset samt FlightGear finns installerat, t.ex. någon av datorerna i Freja eller Southfork alternativt visualiseringsdatorn till höger om skrivaren i Laboteket. 2. Logga in på https://svn.isy.liu.se/student2007/aircraft. Hämta följande fil och packa upp den i någon mapp, exempelvis med programmet 7-zip.../Kod/HITL/Visualisering/Visualisering.zip
UAV 7 3. Öppna MyGPS. I menyn, välj File och sedan Open Map, välj filen kalibrerad rydkarta.mygps från den katalog du nyss packade upp filer till. Klicka Open, en karta visas nu i fönstret. I menyn, välj WayPoints och sedan Dynamic creation. Du kan nu skapa waypoints genom att klicka i kartbilden med musen. Ett fönster öppnas där latitud och longitud för vald koordinat visas. Välj ett namn på din waypoint (förslagsvis 1,2,... osv) och på vilken höjd över havet den skall vara. Klicka OK. Upprepa proceduren genom att återigen klicka i kartbilden för att lägga till ytterligare waypoints. OBS! Det krävs minst tre stycken waypoints för att bilda en bana! I menyn, välj File och sedan Export points to file. Välj ett filnamn, t.ex. flygrutt och klicka på Save. Stäng MyGPS. 4. Öppna Matlab 7.1 och välj den katalog du sparade filerna i som arbetskatalog. Skriv duvanii_generera_bana i kommandoprompten och följ anvisningarna på skärmen. Du kan välja att skapa en fil utifrån din bana som gör det möjligt att visualisera dina waypoints i FlightGear. Observera att då filnamn matas in ska inte filtypen (.mat eller.txt) specifieras. Scriptet skriver automatiskt över rätt fil i rätt katalog. Du kan även välja att skapa en textfil som kan skickas med Linuxdatorn upp i luften eller användas i Hardware- In-The-Loop-simuleringar. Efter att scriptet duvanii generera bana.m körts skapas filen bana.txt som du sedan får flytta till flygdatorn på egen hand. Se avsnittet om flygdatorn i Användarhandledning, för hjälp med handhavande av denna. 3.2 Utvärdering av verklig flygning Efter att en riktig flygning genomförts kan denna utvärderas i form av plottar över flygrutten jämtemot de waypoints som utgjorde målkoordinater samt avvikelser vid respektive waypoint. Flygningen och banan kan även visualiseras offline i Flightgear. 3.2.1 Visualisering offline En flygning kan visualiseras offline på någon dator i Freja, Southfork eller datorn till höger om skrivaren i laboteket där Aerosim Blockset, Real Time Blockset samt Flightgear 9.6 finns installerat. 1. Logga in på någon av ovanstående datorer. 2. Följ anvisningarna i Avsnitt 3.1 för att ladda ner de filer som behövs för visualiseringen. 3. Starta Matlab 7.1 och välj mappen där filerna i punkten ovan packades upp i som arbetsmapp. 4. Ladda ner konverteringsscriptet konv data.m från https://svn.isy.liu.se/student2007/aircraft under sökvägen../kod/identifiering/loggad data/konv_data.m 5. Spara även loggfilerna från flygdatorn i samma mapp och kör scriptet konv data.m för att konvertera textfilerna till en.mat-fil. 6. Skriv duvanii_visualisera_verklig_flygning i kommandoprompten och följ anvisningarna på skärmen.
UAV 8 3.3 Manuellt mode Nedan beskrivs hur testriggen ska hanteras i manuellt mode. 3.3.1 Beskrivning av systemet Vid manuell flygning körs en modell av flygplanet på dspace DSP-kort. Vidare genererar piloten styrsignaler till modellen genom en flygradio. En radiomottagare tar emot dessa signaler och genererar PWM-pulser vilka läses in genom dspace I/O-burk. På den PC som är ansluten till dspace DSP-kort körs en simulinkmodell som hämtar upp modelltillstånd från DSP-kortet och skickar dessa vidare på nätverket till en visualiseringsdator där programmet FlightGear körs. På den PC som är ansluten till dspace finns även möjlighet att logga och visualisera styrsignaler och modelltillstånd samt att generera stegstörningar genom programmet ControlDesk. Den loggade datan kan användas dels för att visualisera flygningen offline samt för att utvärdera hur bra flygningen gick. 3.3.2 Anvisning manuell flygning För att koppla upp och initiera testriggen, följ hänvisningarna nedan. Styrsignal Kanal radiomottagare dspace I/O Skevroder CH1 V 1 in Höjdroder CH2 V 2 in Gaspådrag CH3 V 3 in Mode (AUT ON/OFF) CH5 V 4 in Tabell 1: Anslutning mellan radiomottagare och dspace. 1. Plocka fram flygradio, radiomottagare, batteri till radiomottagare, 4 st servokablar med banankontakter samt 4 st koaxialkablar. 2. Logga in på den dator i laboteket som är märkt 214. (Aerosim blockset finns installerat på denna dator.) 3. Anslut radiomottagarens kanaler till dspace I/O-burk via servokablage och koaxialkablage enligt Tabell 1. Batteriet anslutes till någon ledig kanal, till exempel den märkt B/8. På dspace I/O-burk, sätt alla vippbrytare märkt med GAIN 1, GAIN 2 osv i nedersta läget (10). Slå på antialiasfiltret och ställ vridbrytaren i läge 10 Hz. 4. Logga in på https://svn.isy.liu.se/student2007/aircraft. Hämta följande fil.../kod/hitl/hitl Testrigg/HITL Testrigg.zip Spara filen i någon mapp på din disk, exempelvis min mapp och packa upp den, till exempel med programmet 7-zip. 5. Öppna Matlab R12 och välj den katalog du sparade filerna i som arbetskatalog. 6. I Matlabs kommandopromt, skriv init_manuell 7. Om någon initering önskas ändras, öppna init manuell.m där modellens initialtillstånd kan ändras i vektorn Ref. Exempelvis sätter raden
UAV 9 Ref(1) = 70; modellens initialhastighet i x-led till 70 m/s. Vidare kan sampeltiden för simulinkmodellen med interface mot FlightGear ändras. Initial position sätts med hjälp av variablerna lat_0 = 15.5824968744; % Initial latitud i grader lon_0 = 58.4063013936; % Initial longitud i grader alt_0 = 300; % Initial altitud i meter som i början är inställda på någon koordinat i Linköping på 300 meters höjd över havsnivån. Kom ihåg att köra scriptet init manuell.m efter att ändringar gjorts så att dessa kompileras om tillsammans med modellen på DSP-kortet. 8. Logga in på visualiseringsdatorn som står till höger om skrivaren i Laboteket. Följ instruktionerna i Avsnitt 3.1 för att hämta de filer som krävs för visualiseringen. Om du vill skapa en bana och visualisera waypoints i FlightGear kan du göra det. Kör sedan filen FlightGear.bat som du packade upp enligt instruktionerna i Avsnitt 3.1. Maximera fönstret som dyker upp efter ett tag. I menyn, välj View och sedan Adjust View Distance. Ställ in önskvärd vy. Stäng eventuellt av skärmsläckaren om långa tester ska köras. 9. Gå tillbaka till dspace-datorn. Sätt skärmupplösningen i Windows på 1280 x 1024 så att fönstret i Control Desk får plats. Öppna filen H:\min mapp\hitl\hitl.cdx genom att dubbelklicka på den i Utforskaren varvid Control Desk öppnas. I menyn, välj Instrumentation och sedan Test Mode (Alt + F5). Följ sedan anvisningarna på skärmen Steg 1 för att ställa in hur data ska sparas. Filen data.idf skrivs över varje gång man klickar Start. Kör därför Convert idf-file enligt Steg 2 efter varje datainsamling. 10. Sätt igång flygradion och därefter radiomottagaren. Observera ordningen! 11. I menyn i Control Desk, välj Instrumentation och sedan Animation Mode (F5). I Control Desk finns nu två analoga mätare som visar styrsignalerna skev- respektive höjdroder. Kalibrera eventuellt in nollan med hjälp av flygradions Trim-reglage. Nedanför de analoga mätarna finns styrsignalerna motorpådrag mellan 0 och 1 samt Autonom ON/OFF. Till höger finns mätsignalerna altitud [m] och airspeed [knop]. I mitten av bilden kan stegstörningar genereras i roll- tipp- respektive girled genom att skriva in något värde i rutorna Roll steg, Tipp steg och Gir steg och avsluta med att trycka Enter. 12. I menyn i Control Desk, välj Test Mode (Alt + F5). Välj sedan Simulation och och Start i Simulinkmodellen getstates.mdl som öppnades då du körde kommandot init tidigare. Gå tillbaka till Control Desk och välj Animation Mode (F5) varvid signaler kan loggas och styrsignaler visualiseras. Manuell flygning påbörjas och visualiseras. Styr planet med flygradion!
UAV 10 13. Starta en datainsamling i Control Desk genom att klicka på knappen Start i mitten till höger varvid massor av grafer genereras i övre vänstra hörnet. Stoppa datainsamlingen genom att klicka på knappen Stopp. Följ därefter anvisningarna på skärmen, Steg 2 och gå därefter ut till Matlab-fönstret. Skriv i kommandopromten plotta varvid du uppmanas ange filnamnet på den.mat fil som erhölls vid konverteringen i Steg 2 ovan. Plottar av samtliga inspelade styr- och mätsignaler genereras. Observera att funktionen plotta inte fungerar om du efter att konverteringen är klar bytt namn på.mat filen. 14. Avluta flygningen genom att stänga alla fönster, stäng av radiomottagaren först och sedan flygradion. Logga ut från de båda datorerna och plocka ihop alla prylar. 3.3.3 Visualisering offline En simulerad flygning kan visualiseras offline på någon dator i Freja, Southfork eller datorn till höger om skrivaren i laboteket där Aerosim Blockset, Real Time Blockset samt Flightgear finns installerat. 1. Logga in på någon av ovanstående datorer. 2. Följ anvisningarna i Avsnitt 3.1 för att ladda ner de filer som behövs för visualiseringen. 3. Starta Matlab 7.1 och välj mappen där filerna i punkten ovan packades upp i som arbetsmapp. 4. Skriv duvanii_visualisera_simulerad_flygning i kommandoprompten och följ anvisningarna på skärmen. Observera att modellens initialtillstånd bör sättas till koordinaten för den första waypointen för att flygplanet ska starta där banan startar. lat_0 = % latitud vid första Waypoint lon_0 = % longitud vid första Waypoint alt_0 = % altitud vid första Waypoint 3.4 Autonomt mode Nedan beskrivs hur testriggen handhas i autonomt mode. 3.4.1 Beskrivning av systemet Vid autonom flygning körs en modell av flygplanet på dspace DSP-kort. Då mode är i Autonomt läge genererar flygdatorn styrsignalerna Skevrodervinkel samt Höjdrodervinkel som tas emot av GateKeepern. Styrsignalerna Motorpådrag samt Mode genereras av flygradion och tas emot av en radiomottagare. Radiomottagaren och GateKeepern genererar PWM-pulser till respektive roder. Dessa signaler läses in genom dspace I/O-burk till
UAV 11 modellen på DSP-kortet. Modellens utsignaler skickas sedan via en serieport på dspace I/O-burk till flygdatorns serieport varvid loopen är sluten. På den PC som är ansluten till dspace DSP-kort körs en simulinkmodell som hämtar upp modelltillstånd från DSPkortet och skickar dessa vidare på nätverket till en visualiseringsdator där programmet FlightGear körs. På den PC som är ansluten till dspace finns även möjlighet att logga och visualisera styrsignaler och modelltillstånd samt att generera stegstörningar genom programmet ControlDesk. Data loggas även i flygdatorn till en textfil som efter körningen kan konverteras till Matlab-format. 3.4.2 Anvisning autonom flygning För att koppla upp och initiera testriggen, följ hänvisningarna nedan. Styrsignal Kanal radiomottagare Gate Keeper In Gate Keeper Ut dspace I/O Skevroder CH1 I 1 V 1 in Höjdroder CH2 II 2 V 2 in Gaspådrag CH3 III 3 V 3 in Mode CH5 V 4 V 4 in Tabell 2: Anslutning mellan radiomottagare, Gate Keeper (flygdator) och dspace. 1. Plocka fram flygradio, radiomottagare, batteri till radiomottagare, flygdator, spänningskub eller 7.4 V batteri, 4 st servokablar med banankontakter, 4 st koaxialkablar, seriekabel (nollmodem). 2. Logga in på den dator i laboteket som är märkt 214. (Aerosim blockset finns installerat på denna dator.) 3. Anslut radiomottagarens kanaler till Gate Keepern och vidare till dspace I/Oburk enligt Tabell 2. Batteriet anslutes till någon ledig kanal, till exempel den märkt B/8. På dspace I/O-burk, sätt alla vippbrytare märkt med GAIN 1, GAIN 2 osv i nedersta läget (10). Slå på antialiasfiltret och ställ vridbrytaren i läge 10 Hz. Anslut seriekabeln till flygdatorns serieport märkt COM1 och till dspace-burkens serieport märkt RS232. 4. Logga in på https://svn.isy.liu.se/student2007/aircraft. Hämta följande fil.../kod/hitl/hitl Testrigg/HITL Testrigg.zip Spara filen i någon mapp på din disk, exempelvis min mapp och packa upp den, till exempel med programmet 7-zip. 5. Öppna Matlab R12 och välj den katalog du sparade filerna i som arbetskatalog. 6. I Matlabs kommandopromt, skriv init_autonom Om någon initering önskas ändras, öppna init autonom.m där modellens initialtillstånd kan ändras i vektorn Ref. 7. Följ anvisningarna i Avsnitt 3.3.2 från Punkt 7 för information om simulering och datainsamling.
UAV 12 Figur 1: Under locket 3.4.3 Visualisering offline Följ anvisningarna i Avsnitt 3.2.1 för att visualisera en verklig flygning offline. Det är görs ingen skillnad mellan att visualisera en simulerad autonom flygning i Hardware-In- The-Loop och att visualisera en verklig flygning. 4 Virtual Reality-enhet I det här avsnittet beskrivs hur VR-enheten kopplas ihop och används. Först beskrivs hur man kopplar ihop enheten, under locket och på flygplanet. Sedan beskrivs hur man använder enhetens instrument på utsidan av enhetens fjärrkontrollåda då enheten används för det ändamål den är konstruerad för. 4.1 Ihopkoppling under locket på lådan Under locket på lådan sitter en hel rad komponenter, en bild av lådan ses i 1. Se till att all strömförsörjning är avstängd innan du själv öppnar locket. Detta görs genom att se till att den stora svarta knappen på locket är nedtryckt i den ände som har lampa på sig och att lampan inte lyser. Samt att ingen sladd är ansluten till laddaruttaget längst till höger på lådan. När locket lyfts, var försiktig så att inga sladdar mellan locket och lådan lossnar från sina lödningar.
UAV 13 4.1.1 Kretskort (1) Kretskortet är den enda del i lådan som inte är fabrikstillverkad och innehåller en datorenhet samt interface mellan VR-enhetens alla komponenter. Längst ner på kortet sitter strömuttag för videomottagare (1a) och radiosändare (1b). Uppe och nere till höger har vi uttag för IMU:n, i hanen (1c) ges ström till IMU:n och i honan (1d) sköts kommunikationen. Längst upp till vänster sitter uttag för sladdar (1e och 1f) för kommunikation med radiosändaren. Kortet strömförsörjs direkt från batteriet via strömbrytaren som kopplas in på kontakten längst ner till vänster (1g). Vi har även kontakter för resetknapp (1h) och kontrollampa (1i). På kortet sitter även en rad komponenter, datorenheten, en Atmega 16 (1j), en digital potentiometer (1k), en Max-krets (1l) och en oscillator (1m). 4.1.2 Videomottagare (2) Videomottagaren är placerad längst ner till vänster i lådan. Den är silverfärgad och har en svart antenn som sticker ut genom ett hål i lådan. För att videomottagaren ska fungera som man vill måste man koppla in två sladdar till mottagaren. Först sladden för videosignalen som kopplas in i mottagarens svarta uttag märkt AV Out (2a). Sedan finns ett hål i lådan så att sladden kan komma ut till en extern enhet. Den andra sladden ombesörjer strömförsörjning av videomottagaren. Den kopplas mellan mottagarens strömintag märkt DC12V IN (2b) och kretskortets strömuttag till vänster, (1a). 4.1.3 Radiosändare (3) Radiosändaren är direkt urplockad ur en fjärrkontroll för modellflygplan. Här sitter den nere till höger med sin långa antenn utstickande ur ett hål framtill på lådan. Sändaren strömförsörjs via en sladd från sändarens egen strömbrytare (3a) till kretskortets uttag, (1b). På radiosändaren sitter fyra sladdar (3b) för potentiometrar, vilkas signaler omvandlas i sändaren till PWM-signaler som sedan skickas till planet för att styra kamerans servon. Kanal 3 och 4 är redan upptagna av två av de ursprungliga potentiometrarna men till kanal 1 och 2 ska kretskortets digitala potentiometer kopplas in. Sladden markerad med 1 kopplas till kopplingen markerad med 1 (1e) och sladden markerad med 2 kopplas till kopplingen markerad med 2 (1f). 4.1.4 IMU (4) IMU:n är enhetens sensor och känner i vilken vinkel sensorn ligger. Den är tänkt att kunna monteras på ett par VR-glasögon som spelar upp kamerans bild. IMU:n kopplas ihop med kretskortet via en sladd som har två D-sub uttag i ena änden. Honan kopplas till hanen (1c) och ger ström till IMU:n, hanen kopplas till honan (1d) och sköter kommunikationen. Den andra änden på sladden sticks ut ur ett hål på lådan och stoppas sedan direkt in i IMU:n. 4.1.5 Batteri (5) Batteriet i lådan är placerat längst till höger. För batteriet finns ett uttag för att kunna ladda batteriet (5a). Vid laddning är det MYCKET VIKTIGT att se till att strömmen till kretskortet är bruten. Mellan batteriet och kretskortet sitter en strömbrytare, den stora svarta knappen på locket, den kopplas in genom kopplingen mellan sladdarna (5b).
UAV 14 Figur 2: VR-delen i planet 4.2 Ihopkoppling i planet I planet sitter sex stycken delenheter, kretskort, kamera, servon, videosändare, radiomottagare samt ett batteri. Figur 2 visar en bild på alla komponenterna. 4.2.1 Kretskort (1) Kretskortet är den centrala delen av alla delenheter i planet. Direkt på kretskortet kopplas fyra andra delenheter in. Batteriet kopplas via det röda kontaktdonet (1a) och på det svarta kontaktdonet (1b) kopplas radiomottagarens kanalutgång (4a) på kanal 6. På kortet sitter det dessutom fast två vita kopplingar. På den lilla (1c) kopplas videosändaren in och på den stora (1d) kopplas kameran in. 4.2.2 Kamera (2) Kameran är monterad på ett stativ vilket möjliggör rotation kring två axlar. Kameran kopplas direkt till kretskortet och skickar sin bild och får ström via samma koppling (1d). 4.2.3 Videosändare (3) Videosändaren är den lilla silverlådan med en stor svart antenn på. Den har två sladdar ut från sig, i änden på den ena sitter en mikrofon och änden på den andra kopplas in på kretskortet via den lilla vita kopplingen (1c).
UAV 15 4.2.4 Radiomottagare (4) Radiomottagaren tar emot den pulsbreddsmodulerade signalen som ska gå till servona. Den får ström från videosändaren. Plus och minus kopplas åt rätt håll in på kanal 6 och skickar ut signaler till servona via sina kanalutgångar 1 och 2, alltså allt kopplas till kanalutgångarna (4a). 4.2.5 Servon (5) Servona är placerade långt bak i planet för att inte störa övriga elektroniska komponenter i planet. Kraftöverföringen från servona till kamerans stativ sker genom stötstänger längs flygplanskroppen. Styrsignalerna från servona kommer från radiomottagaren som också ger servona ström. Sladdarna på servona kopplas in på kanalutgångarna (4a) på mottagaren. Sladden märkt med 1 kopplas till kanal 1 och sladden märkt med 2 kopplas till kanal 2, var noga med att följa polaritetsmarkeringarna på radiomottagaren. 4.2.6 Batteri (6) Batteriet är på 7.4V och kopplas in på kretskortet via det röda kontaktdonet (1a). MY- CKET VIKTIGT är att inte koppla in batteriet till kretskortet utan att kontrollpanelen är påslagen. 4.3 Lådans kontrollpanel När locket på lådan är fastskruvat och allt i lådan och på planet är ihopkopplat så är det dags att ge sig ut och flyga. På lådan hittar vi fyra instrument som används för att styra enheten, dessutom hittar vi IMU, videokabel och batteriladdaruttag på lådans utsida. I figur 3 ser vi en bild över kontrollpanelen. 4.3.1 Enhetens strömbrytare (1) Längst till höger sitter en stor svart strömbrytare vilken betyder PÅ/AV för enheten. Om lampan på knappen lyser så betyder det att enheten är påslagen. 4.3.2 Fläktens strömbrytare (2) Näst längst till höger sitter en silverfärgad strömbrytare som styr fläkten. Fläkten kan sättas på och av manuellt men bör vara på när strömmen är på. 4.3.3 Resetknapp (3) Näst längst till vänster sitter en röd knapp, resetknappen. Genom att trycka på resetknappen ställs planets servon i sitt utgångsläge och datorn startas om. Innan du trycker på knappen, håll IMU:n i en behaglig vinkel som möjliggör maximal vridning av hand eller huvud eller var IMU:n nu är monterad. Håll sedan IMU:n i den vinkeln tills kontrollampan (4) är tänd, då är vi redo att köra. Det är MYCKET VIKTIGT att man inte håller inne resetknappen då detta kan leda till att servona skadas.
UAV 16 Figur 3: Lådans kontrollpanel 4.3.4 Kontrollampa (4) Längst till vänster sitter en kontrollampa, om den lyser betyder det att enheten är initierad och konfigurerad och det är bara att köra. Om lampan inte lyser, prova att trycka på resetknappen (3) och om inte det fungerar så får annan felsökning göras. 4.3.5 Videokabel (5) Videokabeln kommer ut från lådans framsidan och skickar S-video-signaler med kamerabilden. Koppla sladden till lämplig displayenhet för att se kamerabilden. 4.3.6 IMU (6) IMU:n används för att styra kamerans rörelser. När IMU:n är inkopplad med sladden ur lådans framsida och enheten är igång (kontrollampan (4) lyser) så följer kameran IMU:ns rotation kring två axlar. 4.3.7 Batteriuttag (7) På lådans högersida finns ett uttag där man kan koppla in en batteriladdare för att ladda enhetens batteri. Innan laddaren kopplas in så är det MYCKET VIKTIGT att se till att strömmen är avstängd, samt att det är rätt laddare, en laddare av typen Mascot enligt bilden.
UAV 17 4.4 Användning När allt är ihopkopplat enligt ovan så kan VR-enheten användas. Se till att batteriet är laddat och tryck sedan strömbrytaren i läge On, koppla sedan in batteriet på delen som är i flygplanet och när kontrollampan på kontrollpanelen tänds kommer kameran vridas efter hur man vrider IMU:n. För att ställa servona i sina utgångslägen, se till att hålla IMU:n i en position där det går att vrida den 90 grader åt vänster och höger kring en axel rakt uppåt och kring en axel pekande rakt åt sidan, och tryck sedan på RESET. Håll kvar IMU:n i denna position tills kontrollampan tänds, nu är det bara att köra, kameran står i centralt läge och kommer att röra sig efter hur man vrider IMU:n. 5 Flygplanet Piloten antas ha grundläggande utbildning inom modellflyg varpå ingen beskrivning behövs av flygplanet som sådant. Speciella servoanslutningar behandlas i närmare detalj under avsnitt 3.3.2. 6 Referenser Projektmodellen Lips, Tomas Svensson och Christian Krysander, ver 1.2 (2004)