Mathematische Betrachtung und Simulation von Multicoptern

Herrmann, Lukas; Bruckmann, Tobias GND; Schramm, Dieter GND; Bröcker, Markus GND

In diesem Beitrag werden die Grundlagen einer Multicopterbibliothek in MATLAB/SIMULINK vorgestellt. Mit Hilfe dieser Bibliothek wird es dem Anwender ermöglicht, unterschiedliche Multicoptertopologien zu simulieren, ohne sich dazu mit der dahinterstehenden Modellbildung befassen zu müssen. Zusätzlich besteht die Möglichkeit den Bewegungsfreiheitsgrad der Multicopter zu Testzwecken einzuschränken. Hierfür werden die zugrundeliegenden Newton-Euler-Gleichungen in Minimalkoordinaten dargestellt und die Grundlagen der Implementierung aufgezeigt. Diese benötigt lediglich zwei unterschiedliche Simulationsblöcke, welche über Eingabemasken parametriert werden. Der Aufbau der Simulationsmodelle erfolgt somit intuitiv anhand der Multicoptertopologie und zeichnet sich somit vor allem durch eine hohe Benutzerfreundlichkeit aus. Anhand eines Quadrocopters wird die Funktionsweise der Bibliothek aufgezeigt und durch den Vergleich mit einer existierenden Toolbox verifiziert.

This article presents the fundamentals of a multicopter library in MATLAB/SIMULINK. Using this library it is possible to simulate different multicopter topologies without having to deal with the mathematical modeling. Additionally, it is possible to restrict the degrees of freedom of the multicopter for test purposes. For that, the underlying Newton-Euler equations are declared, in minimal coordinates, and the basics of the implementation are presented. The result is a library with two different simulation blocks, which can be parameterized in their masks. The setup of the simulation models is based on the topology of the multicopters and thus the library is intuitive to use. Using a quadrocopter, the functionality of the library is shown and verified by comparing it with an existing toolbox.

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Herrmann, Lukas / Bruckmann, Tobias / Schramm, Dieter / et al: Mathematische Betrachtung und Simulation von Multicoptern. 2018.

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