1 Temat: Symulacje komputerowe lotu helikoptera w języku JavaAutor: Jarosław Gołaszewski Promotor: Dr Dariusz Król

2 Agenda Cel pracy Problemy informatyczne Model matematyczny helikopteraMetody 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 informatyczneWizualizacja 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 helikopteraZłożoność 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 1Ruch 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 2Układ współrzędnych: 7/25

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

9 Metody sterowania śmigłowcemWykorzystujące 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.1Lot – nieliniowy i niestacjonarny charakter Regulator rozmyty + Prostota i szybkość działania + Stosunkowo prosta implementacja - Trudna analiza i dobór parametrów 10/25

11 Zastosowany system autopilota cz.2Stan 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

12 Wykorzystywane narzędziaEclipse – 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. 1Język programowania – Java Wizualizacja 3D przy użyciu biblioteki jogl 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. 2Realistyczne 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 sterowaniaReakcja modelu na podmuch wiatru Z włączonym/ wyłączonym autopilotem 16/25

17 Badania(reakcja na ruch sterem sterowania podłużnego z szybkością 1/s) 117/25

18 Badania(reakcja na ruch sterem sterowania podłużnego)2

19 Badania (reakcja na podmuch wiatru) 119/25

20 Badania (reakcja na podmuch wiatru) 220/25

21 Badania (reakcja na podmuch wiatru, autopilot) 121/25

22 Badania (reakcja na podmuch wiatru, autopilot) 222/25

23 Aktualnie prowadzone praceKorekcja parametrów sterowania Opisywanie wykonanej pracy 23/25

24 Podsumowanie Złożoność zagadnieniaBrak 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