Software in the loop simulations and Code generation for Unmanned Aerial systems

La tesi prevede lo sviluppo del software necessario per il governo di un velivolo a pilotaggio remoto, implementando diversi modelli di controllo e validando il controllore con simulazioni, in cui è stato considerato il software di bordo. Data la complessità della generazione del software necessario alla guida e controllo dei velivoli di questo tipo, l'approccio più intuitivo, che permette la collaborazione tra diverse figure professionali quali programmatori, ingegneri aerospaziali e meccatronici, risulta essere sicuramente basata sull'utilizzo di una logica progettuale a modelli. Lo sviluppo del software effettuato in questo modo è accompagnato per ogni passaggio dalla corrispettiva fase di verifica: Model in the loop (MIL), Software in the loop (SIL), Prosessor in the loop (PIL), Hardware in the loop (HIL); aspetto derivato proprio dal classica metodologia di sviluppo del software utilizzante il modello denominato a V, e pienamente solidificato in molti settori industriali. E' stato scelto di utilizzare per l'implementazione dell'autopilota il dispositivo PixHawk con il relativo firmware open-source PX4. Il codice si trova ad uno stato evoluto nello sviluppo, possedendo tutta una serie di funzionalità già sufficiente per gestire un velivolo a pilotaggio remoto. Nel caso però si voglia inserire un personale modello di guida e controllo o un nuovo stimatore, non sono previsti nativamente strumenti di modellazione, limitando lo sviluppo del software solo alle persone con una competenza informatica elevata, incrementando la complessità di progettazione stessa. In modo complementare all'utilizzo di PX4, si affianca l'utilizzo di un tool specifico per Simulink, chiamato "Embedded Coder Support Package for PX4 Autopilots". Grazie a questo tool si permette la generazione del codice in modo automatico partendo dai modelli creati su Simulink e l'inserimento conforme del modulo prodotto all'interno del firmware e delle restanti funzionalità. Integrando quindi gli strumenti di compilazione presenti in PX4 si possono effettuare le simulazioni SIL e PIL, avvicinando lo sviluppo ad una approccio più industriale. La scelta dell'ambiente simulato ricade nell'utilizzo di Gazebo. Sono stati creati due modelli di controllo delle diverse dinamiche del velivolo e successivamente alla corretta configurazione dei parametri dei controllori, sono stati messi a confronto attraverso simulazioni SIL. Per quando riguarda il controllo di posizione è stato utilizzato un semplice controllore Proportional Integral Derivative (PID), mentre per il controllo di quota e di assetto, sono stati utilizzati rispettivamente un controllore PID e un controllore Sliding Mode Control (SMC). L'algoritmo di guida invece prevede la generazione della traiettoria con profili di velocità trapezoidali. Non è invece stato possibile effettuare correttamente la simulazione PIL a causa di alcuni problemi di comunicazione tra simulatore PixHawk. La trasmissione tra simulatore e autopilota avviene correttamente per quanto riguarda la gestione dei dati dei sensori, ciò non viene altrettanto per quanto riguarda i messaggi da fornire agli attuatori. Questo problema é probabilmente causato dalla differenza sostanziale che c'è tra l'applicazione generata dal tool di Simulink e la logica di base di PX4 nella gestione dei messaggi agli attuatori. Questo aspetto richiede ulteriori indagini in lavori futuri.