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使用四轴飞行器架构设计计算耐久性

此示例展示了如何使用 System Composer™ 和 Requirements Toolbox™ 以及基于模型系统工程 (MBSE) 工作流创建四轴飞行器物理架构 [1],该四轴飞行器跟随目标绿色球。首先定义需求,然后使用构造型和自定义属性值扩展模型元素的架构数据,最后使用分析来反复改进设计。

定义四轴飞行器设计的函数需求

MBSE 方法的第一步是定义需求。操作概念,或 conops,定义了系统的整体思路。然后,从概念需求中推导出功能需求,并通过链接需求进一步定义逻辑和物理子系统。

打开工程。

openProject("scExampleQuadcopterEndurance");

加载 Simulink® 自定义设置。

sl_refresh_customizations

将物理架构模型加载到内存中,以查看其需求链接。

systemcomposer.loadModel("QuadArchPhysical");

加载需求集。

  • 操作概念

slreq.load("conops.slreqx");
  • 功能需求

slreq.load("FunctionalReqs_Quad.slreqx");
  • 逻辑需求

slreq.load("LogicalReqs_Quad.slreqx");
  • 物理需求

slreq.load("PhysicalReqs_Quad.slreqx");

打开需求编辑器 (Requirements Toolbox)

slreq.editor

检查操作概念需求 Target CharacteristicsDecomposed by 列表中的需求代表顶级需求中包含的需求。派生列表中的需求 Target Identification 代表从概念需求衍生出的需求。

Requirement sets in the Requirement Editor including con ops, functional requirements, logical requirements, and physical requirements.

要打开四轴飞行器的物理架构模型,请运行以下代码。

systemcomposer.openModel("QuadArchPhysical");

通过选择组件,然后在工具栏中导航至格式 > 将图像添加到模块,将封装图标添加到组件。从工具文件夹中浏览一个封装图标。点击确定

需求管理器中从 Requirements Toolbox 一起管理需求和架构。导航至 App > 需求管理器。您现在位于 System Composer 的“需求透视”中。您可以在这个透视中查看物理架构中与特定组件相关的需求。

Quadcopter architecture model with GCS, Comms, Quadcopter, and Green Ball components.

使用构造型和属性指定功能设计

在配置文件上定义的构造型包括用于指定应用构造型的模型元素元数据的属性。

要打开 配置文件编辑器 工具,请在 System Composer 工具栏中,依次导航至建模 > 配置文件编辑器。或者,运行以下命令。

systemcomposer.profile.editor

Profile Editor with quadcopter comms profile and quadcopter physical properties profile. The air vehicle stereotype is highlighted showing many of its properties.

AirVehicle 构造型适用于组件,并从基本构造型 HW_Implementation 继承。AirVehicle 构造型下的每个属性都由 Type 定义的数据类型指定,某些属性还包括由 Unit 定义的工程单位。您可以将 AirVehicle 构造型应用于四轴飞行器物理架构中的组件,以使用特定属性值详细描述这些组件。在“属性检查器”中为 RPiCam_RadioComms 组件定义这些属性值。

The comms component is selected, and the Property Inspector is open and shows the assigned AirVehicle stereotype with property values defined.

执行滚动分析以计算四旋翼飞行器的耐力

要打开 实例化架构模型 工具,请在 System Composer 工具栏中,依次导航至建模 > 分析模型。选择 QuadcopterPhysicalProperties 配置文件下的所有构造型。点击打开 open.png 按钮,然后打开分析函数文件 calculateEndurance.m。为迭代顺序选择 Bottom-up。点击实例化

Instantiate architecture model tool showing the selected stereotypes to analyze over, the analysis function, and the instance model name.

分析查看器 工具中,您可以使用分析函数计算汇总属性值,例如 BatteryCapacityPayloadBatteryCapacityPowerDrawTotalMass。分析函数还计算性能特征 PowerDrawEndurance。有关详细信息,请参阅分析函数构造。点击分析查看以黄色突出显示的分析结果。

Calculated properties in the Analysis Viewer include battery capacity at 650 and endurance at around 3.82 which is a calculated value.

此特定配置的 Endurance 属性使用以下方程式计算为大约 3.825

endurance=(batteryCapacity1000)(totalPowervoltage)*60

您可以在 Variant Component 模块、GCSQuadcopter 上更改变体配置,然后再次运行分析函数来计算 Endurance 并比较不同的设计方案。

参考

[1] Faisandier, Alan, and Rick Adcock. “Physical Architecture.” Guide to the Systems Engineering Body of Knowledge (SEBoK) v. 2.7, released October 31, 2022. https://sebokwiki.org/wiki/Physical_Architecture.

另请参阅

模块

工具

函数

主题