使用 MATLAB 和 Simulink 设计自主水下航行器

跨学科团队可以使用 MATLAB® 和 Simulink® 作为共有集成环境,完成整个自主水下航行器设计工作流。基于模型的设计涵盖系统工程、平台建模、环境仿真和自主算法设计,可帮助您在海上试验之前降低风险,增强对系统性能的信心。

将 MATLAB 应用于自主水下航行器 (AUV)

进行权衡研究并开发架构,使需求链接到 Simulink 模型

您可以使用 MATLAB 和 Simulink 创建一条真正的数字主线,从需求追溯到系统架构,乃至追溯到实现和代码生成。该方法支持您使用动力学模型(如机电系统和螺旋桨)进行权衡研究,评估高级通信系统建模以开展任务规划,并执行电力系统建模以评估系统给定的电力约束,如电池容量或峰值负载。借助 DDS 和 ROS 等中间件,随着设计的成熟,组件和应用程序可以共享信息并协同工作。


复杂三维动力学和机电行为建模和可视化

您可以使用 MATLAB 和 Simulink 建立强大而高效的水下平台多域模型。Simscape™ 和 Simscape Multibody™ 物理建模可以集成来自 CAD 模型的流体动力学、流体效应、动态行为和惯性效应。Simscape Electrical™ 支持使用电子和机电组件(如电池和推进器)进行电力系统建模。借助逼真的机电被控对象模型,您可以仿真组件故障并评估系统级性能。借助 Simulink,您可以将被控对象模型连接到低分辨率立方体模拟环境或 Unreal Engine® 中逼真的虚拟世界,用以仿真传感器行为、验证感知算法并展示结果,从而实现闭环。


使用模型进行传感、感知和任务规划

MATLAB 和 Simulink 提供开发算法和优化系统性能的工具。您可以使用声呐、相控阵和惯性测量单位 (IMU) 等传感器模型构建原型,模拟系统如何感知环境,以实现传感器融合、定位、地图构建和跟踪。MATLAB 和 Simulink 提供机器学习和深度学习功能,可帮助您提高航行器的自主性。此外,Communications Toolbox™ 和 Phased Array System Toolbox™ 可以帮助分析信号传播和路径损耗模型,以满足任务规划或通信性能需求。


多自由度和多约束控制器的设计和优化

使用 MATLAB 和 Simulink,您可以为海洋航行器设计、迭代和优化运动规划与路径跟随控制器。您可以在二维和三维空间中仿真航行器的运动。借助三维仿真,您可以在不同坐标区中对海洋航行器运动的耦合效应进行建模和观测。在仿真运动时,您可以监控能耗和转弯半径等参数,并针对特定条件优化运动规划器。使用 MATLAB 和 Simulink 设计的运动控制器可直接部署到微控制器和 FPGA 等嵌入式硬件上。


自主算法开发和测试

MATLAB 和 Simulink 可用于对系统逻辑建模,以及评估运动规划器和算法。运动规划、定位和地图构建示例可帮助您开始设计自定义解决方案,并提供测试基准。您可以使用距离、分辨率、噪声、功率等可调参数,探索各种传感器选项间的设计权衡。您还可以设计路径规划器,将高保真度或系统级航行器动力学考虑在内,例如滚转角和最小转弯半径。Stateflow® 支持设计和开发监督控制、任务调度和故障管理系统。