Temat: Symulacje komputerowe lotu helikoptera w języku Java Autor: Jarosław Gołaszewski 149993 Promotor: Dr Dariusz Król

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

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

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

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

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

Model matematyczny helikoptera 2 Układ współrzędnych: 7/25

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

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

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

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

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

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

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 14/25

Wizualizacja symulacji (screen) 15/25

Zakres badań Badanie reakcji na zmianę kątów sterowania Reakcja modelu na podmuch wiatru Z włączonym/ wyłączonym autopilotem Reakcja modelu na przypadkowy ruch sterem 16/25

Badania (brak reguł korygujących, brak wiatru, początkowa faza badań) 17/25

Badania (brak reguł korygujących, brak wiatru, początkowa faza badań) 18/25

Badania (reguły korygujące, brak wiatru) 19/25

Badania (reguły korygujące, brak wiatru) 20/25

Badania (reguły korygujące, wiatr) 21/25

Badania (reguły korygujące, wiatr) 22/25

Aktualnie prowadzone prace Weryfikacja przyjętych reguł dla regulatora rozmytego Dobór parametrów sterowania Poprawa oprawy graficznej 23/25

Podsumowanie Złożoność zagadnienia Brak podobnego podejścia do tematu symulacji Prace implementacyjne niemal zakończone Dużo możliwości przeprowadzania badań 24/25

Dziękuję za uwagę Pytania? 25/25