教育方案
國內第一家小型化、原型化、場景化、標準化工業數字孿生平臺廠商
基于MWORKS的四旋翼飛行控制實驗平臺
一、概述
四旋翼飛行控制實驗平臺是集教學與科研目的為一體的多功能實驗臺，基于先進的基于模型的設計（MBD）開發思路，能夠加速培養學生工程思維和解決實際問題能力。總體包括四旋翼飛行器建模平臺、三維視景軟件、實物仿真實驗平臺，共同構成模型編譯、下載、數據監視記錄、后處理等模塊功能，可支撐控制系統飛行仿真實驗、飛行控制實驗以及視覺伺服控制實驗等應用場景，幫助學生熟悉飛行器數智化設計流程。在滿足日常學生自控原理相關教學實驗的同時，兼顧無人平臺姿態控制、制導導航、力學等學科專業的科學研究。
二、功能與組成
四旋翼飛行控制平臺主要部件和連接關系和使用流程如圖所示。
（1）控制系統
由主控計算機和樹莓派開發板兩部分組成。控制程序支持在MWORKS/ Sysblock中編寫、自動生成代碼、自動編譯下載到樹莓派開發板控制器中運行，上位機和下位機采用串口通訊。
（2）四旋翼本體
由四旋翼機架、飛行控制板卡、遙控系統組成。
三、平臺特點
3.1 場景多樣化
在教育領域，四旋翼飛行器能夠加速融合數字技術與智能技術，通過技術賦能優化教育體系、形成理論教學+虛擬仿真+實物實踐三位一體的教學模式，加速現代高端人才培養，提升教學質量與學習效率，推動現代教育數智化轉型。
在科研領域，四旋翼飛行器具備開放的軟硬件架構，為科研人員提供自主可控制的研究平臺，與MWORKS高度融合的仿真環境為科研任務提供系統仿真和算法優化的高效工具，滿足多學科跨領域應用研究的需要。
3.2 配置模塊化
采用開源Pixhawk飛控板以及樹莓派作為核心處理器，可同時處理圖像信息和飛行控制任務，集成內部IMU傳感器，擴展單目攝像頭，四旋翼飛行器硬件之間采用標準通信協議，以模塊化方式快速拓展硬件；
理念先進：
以MWORKS平臺為底座并采用先進基于模型設計（MBD）的方法，基于模型設計契合現代裝備全生命周期數字化設計流程，能夠在虛擬世界中多次設計、優化、驗證控制算法，減少實物實驗的次數，提升設計效率。
3.3 輕松入門
平臺將傳感器、PWM等底層軟件驅動封裝為模型庫，用戶無需關注底層實現細節，可專注于應用層算法設計，將完成離線仿真驗證的控制算法進行一鍵部署。同時，平臺內置了完備的案例模型，降低了用戶對于該系統的學習成本，基于既有案例，方便用戶著手進行二次開發和自定義算法設計。
3.4 配套材料齊全
內容詳實的實驗教材，涵蓋四旋翼基礎認知實驗、四旋翼自動控制實驗、飛行仿真實驗、接口驗證性實驗與飛行控制實驗，支持多種控制算法，與多種課程適配。
四、實驗內容
所列實驗均可在本平臺完成，所有實驗程序均可以在MWORKS. Sysplorer軟件當中編寫，所有程序源代碼均開放，可以自由修改。
1.虛擬教學試驗
(1)四旋翼飛行控制基礎認知
A.了解四旋翼結構與飛行原理
B.掌握四旋翼飛行器坐標系建立的方法
C.理解傳感器校正原理
D.掌握四旋翼本體數學建模流程
(2)四旋翼自動控制實驗
A.理解時域分析復合校正原理
B.掌握頻域法校正原理
C.理解根軌跡的復合校正原理
D.掌握四旋翼飛行器的系統校正
(3)四旋翼飛行仿真實驗
A.采用系統仿真平臺對四旋翼進行數字仿真
B.在仿真平臺當中對于四旋翼本體進行飛行任務規劃
C.掌握在飛行視景軟件當中驗證任務規劃策略的方法
2.實物教學試驗
(1)四旋翼飛行器接口驗證性實驗
A.掌握四旋翼飛行器實物數據采集方法
B.理解四旋翼姿態監視原理
C.了解四旋翼圖像識別原理和圖像識別流程
D.掌握實物飛行中的數據濾波過程
(2)四旋翼飛行控制實驗
A.了解飛行的姿態控制原理和控制算法
B.掌握四旋翼的任務規劃實施方法
C.會用視覺信息輸入進行飛行器伺服控制