Temat: Symulacje komputerowe lotu helikoptera w języku Java

1. Temat: SymulacjekomputerowelotuhelikopterawjęzykuJava Autor: Jarosław Gołaszewski 149993 Promotor: Dr Dariusz Król

2. Agenda • Cel pracy • Problemy informatyczne • Model matematyczny helikoptera • Metody sterowania śmigłowcem • Zastosowany system autopilota • Wykorzystywane narzędzia • Wizualizacja symulacji • Badania modelu helikoptera oraz autopilota • Podsumowanie 2/25

3. Cel pracy • Projekt, implementacja oraz zbadanie działania symulatora lotu śmigłowca dla niskich prędkości i autopilota, opartego na zasadach logiki rozmytej, utrzymującego helikopter w zawisie 3/25

4. Problemy informatyczne • Wizualizacja lotu helikoptera • Implementacja złożonej aerodynamiki lotu przy niskich prędkościach • Modelowanie efektu podmuchu wiatru • Implementacja systemu autopilota utrzymującego śmigłowiec w zawisie 4/25

5. Modele matematyczne helikoptera • Złożoność układu • Duża liczba ruchomych elementów • Bardzo specyficzne problemy dla tego typu konstrukcji • Sześć stopni swobody ruchu (prędkości postępowe i kątowe) • Teorie i założenia na podstawie badań empirycznych • 2 podejścia do tematu: • Analiza problemów dynamiki, aerodynamiki, aerosprężystości izolowanego wirnika • Problemy dynamiki i mechaniki lotu – równania równowagi sił i momentów, związki kinematyczne („model samolotowy”) 5/25

6. Badany model helikoptera 1 • Ruch opisany równaniami równowagi sił i momentów, uzupełnionymi związkami kinematycznymi • Ciało sztywne o 6 stopniach swobody • Badania dotyczące zawisu oraz niskich prędkości • Pochodne aerodynamiczne i momenty bezwładności z PZL-Świdnik • Warunki atmosferyczne uwzględnione pośrednio w pochodnych • Układ inercjalny <-> nieinercjalny - kwaterniony 6/25

7. Model matematyczny helikoptera 2 • Układ współrzędnych: 7/25

8. Model matematyczny helikoptera 3 Równania momentów i sił (1.1 – 1.8): Równanie podmuchu wiatru(1.9): 8/25

9. Metody sterowania śmigłowcem • Wykorzystujące prawa sterowania • Złożona analiza modelu śmigłowca i obliczenie dokładnego sterowania • Współczynniki praw sterowania obliczane w każdym etapie lotu • Złożone obliczenia • Antropomorficzna koncepcja sterowania • Badania psychologiczne czynności operatora • Metody oparte na logice rozmytej 9/25

10. Zastosowany system autopilota cz.1 • Lot – nieliniowy i niestacjonarny charakter • Regulator rozmyty + Prostota i szybkość działania + Stosunkowo prosta implementacja - Trudna analiza i dobór parametrów 10/25

11. Fuzyfikacja Reguły Wnioskowania rozmytego (Inferencja) Funkcja konkluzji 1 (Defuzyfikacja) w Fuzyfikacja Reguły Wnioskowania rozmytego (Inferencja) Funkcja konkluzji 2 (Defuzyfikacja) u, q 0 1 2 s0 Fuzyfikacja Reguły Wnioskowania rozmytego (Inferencja) Funkcja konkluzji 3 (Defuzyfikacja) v, p Fuzyfikacja Reguły Wnioskowania rozmytego (Inferencja) Funkcja konkluzji 4 (Defuzyfikacja) r Zastosowany system autopilota cz.2 • Stan helikoptera (u, v, w, p, q, r, , , ) • Sygnał sterujący (0 ,1, 2, s0) • Schemat regulatora: 11/25

12. Wykorzystywane narzędzia • Eclipse – środowisko implementacyjne • Milkshape3D – tworzenie kolejnych klatek animacji oraz edycja modelu śmigłowca • Quick3D Pro – importowanie i eksportowanie różnych formatów modeli trójwymiarowych • Gimp 2.6 – tworzenie tekstur, generowanie mapy wysokości 12/25

13. Wizualizacja symulacji cz. 1 • Język programowania – Java • Wizualizacja 3D przy użyciu biblioteki jogl 1.1.0 umożliwiającej dostęp do możliwości OpenGL • Praca kamery • Dowolny ruch wokół modelu helikoptera • Przybliżanie i oddalanie • Animacja modelu śmigłowca • Model w formacie MD2 • Płynna animacja – interpolacja wierzchołków • Cieniowanie modelu 13/25

14. Wizualizacja symulacji cz. 2 • Realistyczne odwzorowanie terenu • Generowanie ukształtowania na podstawie mapy bitowej w odcieniach szarości • Teksturowanie • Oświetlenie i cieniowanie terenu • Efekt mgły • Wykorzystanie buforów wierzchołków • Efekty pogodowe • Opady deszczu wizualizujące kierunek wiatru (plakatowanie) 14/25

15. Wizualizacja symulacji (screen) 15/25

16. Zakres badań • Badanie reakcji na zmianę kątów sterowania • Reakcja modelu na podmuch wiatru • Z włączonym/ wyłączonym autopilotem 16/25

17. Badania(reakcja na ruch sterem sterowania podłużnego z szybkością 1/s) 1 17/25

18. Badania(reakcja na ruch sterem sterowania podłużnego)2

19. Badania (reakcja na podmuch wiatru) 1 19/25

20. Badania (reakcja na podmuch wiatru) 2 20/25

21. Badania (reakcja na podmuch wiatru, autopilot) 1 21/25

22. Badania (reakcja na podmuch wiatru, autopilot) 2 22/25

23. Aktualnie prowadzone prace • Korekcja parametrów sterowania • Opisywanie wykonanej pracy 23/25

24. Podsumowanie • Złożoność zagadnienia • Brak podobnego podejścia do tematu symulacji • Prace implementacyjne zakończone • Dużo możliwości przeprowadzania badań • Możliwość wykorzystania efektów pracy w praktyce 24/25

25. Dziękuję za uwagę Pytania? 25/25