RflySim平臺+多旋翼飛行器實踐教程,將如何成就業界未來?

   日期:2020-09-12     來源:宇辰網    作者:彭輝    瀏覽:41    評論:0    
核心提示:RflySim教育版和商業版共通的地方,就是將基于模型的開發這種全新的流程展現給業界。RflySim教育版的擴展性可以有很多個,可以適用于高校,科研機構,也包括企業。商業版注重于單個飛行器的可靠飛行控制的開發,比較適合于注重于高安全的如飛行汽車飛控軟件的開發與測試。
 成為一名無人系統領域的工程師,有相當的難度系數,但對于一個企業或單位而言,沒有這樣的工程師,也就意味著沒有核心競爭力。如何在具有較高難度系數和核心競爭力之間取得平衡?

無人系統的前景正越來越明朗和開闊。

 

尤其是今年以來的疫情防控中,無論是噴灑消毒、還是疫情宣傳與巡查、物資運送等,無人機、無人車都起到了不可替代的作用。成為一名無人系統領域的工程師,是面向未來的“香餑餑”中,越來越閃耀的那一個。

對于更多的人而言,唯一的問題,大概是有沒有在相對較短的時間內成為無人系統領域工程師的可能性?

 

由北航可靠飛行控制研究組打造的RflySim平臺加教程的“解決方案”,就是在這樣的情勢下應運而生。其最大的特色,在于大大降低了個人成為無人系統領域工程師的研究門檻和開發難度。

這在業界是毫無疑問的首開先河之舉。

降低工程師門檻,基于RflySim的開發已做到“傻瓜式”

RflySim平臺的開發前后共有兩三年之久,由北京航空航天大學全權教授領銜,北航可靠飛行控制組的戴訓華、王帥、柯晨旭三人負責,目前RflySim平臺已正式向外界推廣。

 

創辦RflySim平臺的初衷,源于團隊實驗室在開發算法應用到實際飛行時,實現一個很簡單的算法,竟然花了三四周的時間,“剛好我們實驗室有代碼生成的一些經驗,我們就想把這個平臺做起來以后,既能方便我們自己的科研,也可以為未來其他有類似問題的人服務。”根據全權教授的介紹,從時間上說看,有關這個想法最初可追溯到2017年,正式啟動則是在2018年年初。

 

RflySim平臺的打造,是業界毫無疑問的開先河之舉,其對夯實國內包括無人機及其他無人系統的基礎促進作用表現在:第一它是在國內推行基于模型的開發理念,這個理念也是目前中航工業極力推行的理念——基于模型的系統工程MBSE。MBSE這樣的一套方法論,可以用MATLAB來完成,也可以用其他的軟件工具來做完成。

 

“我們首先是要在高校培養新生力量,用先進的工具來提高他們的開發效率,這是第一個貢獻。第二個貢獻在于我們的平臺具有分布式構架來保證任意數量無人機集群仿真的實現,也使用了Unreal Engine 4(UE4, 虛幻4)這樣最新的三維引擎來保證逼真的顯示效果并提供視覺控制功能,有利于我們在科研上做一些大規模的飛行器仿真,加速我們的科研。

 

 

 

如果你要接觸諸如MBSE這種基于模型的系統工程,RflySim平臺可以幫助你快速入門。“RflySim平臺目前主要面向高校和研究所、公司,平臺的核心是降低門檻。” 在RflySim平臺上,算法從開發到真機實驗通常包括四個階段,算法開發與軟件在環仿真(數字模型+控制算法)測試、控制算法自動代碼生成并部署到真實控制器硬件、硬件在環仿真(實時仿真器+控制器硬件)測試、真機部署(真實機架+控制器硬件)與飛行實驗。正是這樣循序漸進的開發與測試流程,保證了最終控制算法在真機上的快速實現。

 

RflySim平臺的開發主要由戴訓華負責,王帥負責平臺的課程開發,柯晨旭主要負責平臺商業版。目前,“RflySim平臺有好幾個版本,其中教育版開發很長,因為它是一個很大的體系。”自動化專業博士戴訓華表示,自己做這個平臺的目的就是要讓人們能在無人機、無人車、機器人等智能系統的控制上更快的上手。

 

目前,RflySim平臺已基本上實現傻瓜式的操作,“平臺可以通過腳本實現一鍵安裝,底層控制算法可以通過Simulink一鍵自動生成代碼并燒入飛控,像多旋翼、固定翼、無人車等不同載具的實時運動仿真模型可以通過Simulink建模并自動導入,一些復雜的視覺與集群算法的仿真可以通過我們的自動化腳本實現一鍵啟動一鍵測試,三維引擎中的高逼真地形場景和飛機模型的導入也非常簡單。”戴訓華說,即便不是飛控或者說自動化專業的人,也能很快的去做研究,“傻瓜式的操作解決了高門檻的難點。”

RflySim教育版商業版,主打易用性和可靠性

重磅加持RflySim平臺的,是一本由全權、戴訓華、王帥編撰的《多旋翼飛行器設計與控制實踐》。該書分為實驗平臺和實驗任務兩大部分,其中實驗平臺依托為該書特別設計的RflySim平臺,利用先進的開發理念——“基于模型開發”流程,將多旋翼飛行器以及Pixhawk自駕儀等緊密連接。實驗任務則包括動力系統設計、動態系統建模、傳感器標定、濾波器設計等8個實驗,適合無人機特別是多旋翼飛行器設計與控制的愛好者。

 

王帥負責《多旋翼飛行器設計與控制實踐》后面一系列的實驗,他認為使用RflySim這個平臺其實很容易,剩下的是個人對具體開發項目所需知識的基礎。

從《多旋翼飛行器設計與控制實踐》這本書大致的特點看,首先是它有RflySim平臺做支持。第二是課程非常的系統化,環環相扣。另外一方面是,每一個課程里面都有階梯式的基礎實驗,有分析實驗和設計實驗幫助學習者理解實驗原理。

 

RflySim根據硬件在仿真方式的差別分為兩個版本,即教育版和商業版。目前,教育版的基礎功能是隨書發布的完全免費,而教育版的高級功能主要針對視覺與集群算法的開發,會收取一定費用。另外,商業版主要針對控制系統軟硬件整體的可靠安全測試,由于需要對飛機與飛控進行深度定制,也會收取一定費用。目前,飛思實驗室作為RflySim平臺的官方服務商,負責技術咨詢和銷售。

教育版RflySim 強調易用性,使用個人電腦就可以運行模型,通過串口與控制板進行通信。商業版RflySim 強調可靠性,使用帶FPGA的高性能實時仿真器來運行飛機模型和傳感器芯片等,采用高速通信接口與控制板通信。

在主要負責平臺商業版的柯晨旭看來,RflySim平臺可以算是給國內的相關行業補短板的存在,“之前調代碼費時費力,現在是自動代碼生成,可以加快整個流程,包括你的開發測試。”這個“加快”的概念,是速度可以達到之前的2-3倍。“有了這套東西你不需要去過于關注底層的代碼,更多的去關注圖形化的界面下的邏輯關系并進行修改,加上仿真程序,可以在仿真階段就把很多問題都解決掉。” 

 

當前,無人機行業除了研究所和高校之外,大部分的無人機公司都受到比如說經驗、財政的影響,很難聘請到大量的專業工程師。但每個做開發的公司,又都需要這樣的人才。鑒于一般無人機公司規模都比較小,人員流動比較頻繁,能在各個位置都能頂上的人就顯得非常重要。

“目前來說,RflySim平臺在全世界范圍內都可以說很好的創意平臺,截止目前大概有70%的用戶是海外用戶。”戴訓華說,相對而言,因為國內無人機發展比國外更快,國外在這方面的教育也相對要落后,所以,RflySim平臺其實也是個國際性的平臺。

未來RflySim平臺的目標是做成“全球性的評測平臺”

5月31日,北航可靠飛行控制研究組舉辦了一次公開講座,主要介紹“如何利用RflySim平臺培養更多的飛控全棧式工程師”,6月份又跟唐朝機器人做了一個多旋翼快速開發的課程,目前已招收了100多名學員,講解平臺的基礎功能。

 

“RflySim教育版和商業版共通的地方,就是將基于模型的開發這種全新的流程展現給業界。”全權告訴記者,RflySim教育版的擴展性可以有很多個,可以適用于高校,科研機構,也包括企業。商業版注重于單個飛行器的可靠飛行控制的開發,比較適合于注重于高安全的如飛行汽車飛控軟件的開發與測試。

 

目前,國內的無人機行業應該說全棧式工程師很少。“全棧式工程師需要對飛行器的各類知識都比較了解,打造全棧式工程師應該具備兩個方面條件:一方面是理論知識的完整度,一個是實踐方面的知識完整度,我們是相當于兩個方面都整合到。理論方面我們有《多旋翼飛行器設計與控制實踐》,實踐方面整合到RflySim這個平臺。”

 

“我們做RflySim平臺,包括我們《多旋翼飛行器設計與控制實踐》的出版,就是為了培養全棧式工程師,RflySim提供一個幫助全棧式工程師能夠快速開發的平臺,這樣公司就可以用最少的人來做他想做的事情。”全權說。

與此同時,那些原來即便不是做無人機方面的人,通過學習課程,進入無人機公司時相信也會更加順暢。通過這些學習,加上個人的工作的經歷,以及原來的知識儲備,可以進一步的加深對整個系統的了解,甚至未來成為總師。“我們就是為了打造和培養 CTO(技術總監)。”

 

全權表示,未來他的團隊將把相應的課程做得更加完整完善,爭取能夠發起一個基于RflySim平臺物理仿真環境的全球性比賽。并且將爭取進一步的標準化,使得一般人更容易入手,讓平臺變得更加容易使用。同時也希望把RflySim做成標準化的評測平臺,以進行一些算法的評測,最終做成一個全球性的評測平臺——不光面向國內,同時面向全世界。

在他看來,目前就整個無人機行業而言,存在較弱的環節里,一個是開發效率,一個是可靠性安全性。“RflySim平臺和我們最新出版的書籍,其實就是希望可以作為行業發展的補充,作為基于模型開發這個理念的先行者。”

 
標簽: 無人系統
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