mirror of
https://gitee.com/mirrors_PX4/PX4-Autopilot.git
synced 2026-04-14 10:07:39 +08:00
342 lines
28 KiB
Markdown
342 lines
28 KiB
Markdown
# Симуляція
|
||
|
||
Симулятори дозволяють польотному коду PX4 керувати комп'ютерно змодельованим апаратом у змодельованому "світі".
|
||
You can interact with this vehicle just as you might with a real vehicle, using _QGroundControl_, an offboard API, or a radio controller/gamepad.
|
||
|
||
:::tip
|
||
Simulation is a quick, easy, and most importantly, _safe_ way to test changes to PX4 code before attempting to fly in the real world.
|
||
Це також хороший спосіб почати літати з PX4, якщо у вас ще немає апарату для експериментів.
|
||
:::
|
||
|
||
PX4 supports both _Software In the Loop (SITL)_ simulation, where the flight stack runs on computer (either the same computer or another computer on the same network) and _Hardware In the Loop (HITL)_ simulation using a simulation firmware on a real flight controller board.
|
||
|
||
Інформація про доступні тренажери та способи їх налаштування наведена в наступному розділі.
|
||
The other sections provide general information about how the simulator works, and are not required to _use_ the simulators.
|
||
|
||
## Підтримувані симулятори
|
||
|
||
Наступні симулятори підтримуються основною командою розробників PX4.
|
||
|
||
| Симулятор | Опис |
|
||
| ------------------------------------------------ | ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
|
||
| [Gazebo](../sim_gazebo_gz/index.md) | Gazebo supersedes [Gazebo Classic](../sim_gazebo_classic/index.md), featuring more advanced rendering, physics and sensor models. It is the only version of Gazebo available from Ubuntu Linux 22.04<br><br>A powerful 3D simulation environment that is particularly suitable for testing object-avoidance and computer vision. Він також може бути використаний для [multi-vehicle simulation](../simulation/multi-vehicle-simulation.md) і зазвичай використовується з [ROS](../simulation/ros_interface.md), набором інструментів для автоматизації керування апаратами. <br><br><strong>Supported Vehicles:</strong> Quad, VTOL (Standard, Tailsitter, Tiltroter), Plane, Rovers |
|
||
| [Gazebo Classic](../sim_gazebo_classic/index.md) | A powerful 3D simulation environment that is particularly suitable for testing object-avoidance and computer vision. It can also be used for [multi-vehicle simulation](../simulation/multi-vehicle-simulation.md) and is commonly used with [ROS](../simulation/ros_interface.md), a collection of tools for automating vehicle control.<br><br>**Supported Vehicles:** Quad ([Iris](../airframes/airframe_reference.md#copter_quadrotor_x_generic_quadcopter)), Hex (Typhoon H480), [Generic Standard VTOL (QuadPlane)](../airframes/airframe_reference.md#vtol_standard_vtol_generic_standard_vtol), Tailsitter, Plane, Rover, Submarine |
|
||
|
||
There are also a number of [Community Supported Simulators](../simulation/community_supported_simulators.md).
|
||
|
||
---
|
||
|
||
Решта цієї теми - це "дещо загальний" опис того, як працює інфраструктура симуляції.
|
||
It is not required to _use_ the simulators.
|
||
|
||
## Симулятор MAVLink API
|
||
|
||
Всі симулятори, крім Gazebo, взаємодіють з PX4 за допомогою API симулятора MAVLink.
|
||
Цей API визначає набір повідомлень MAVLink, які передають дані датчиків з модельованого світу в PX4 і повертають значення двигуна і приводу з польотного коду, які будуть застосовані до модельованого апарату.
|
||
На зображенні нижче показано потік повідомлень.
|
||
|
||
|
||
|
||
:::info
|
||
A SITL build of PX4 uses [SimulatorMavlink.cpp](https://github.com/PX4/PX4-Autopilot/blob/main/src/modules/simulation/simulator_mavlink/SimulatorMavlink.cpp) to handle these messages while a hardware build in HIL mode uses [mavlink_receiver.cpp](https://github.com/PX4/PX4-Autopilot/blob/main/src/modules/mavlink/mavlink_receiver.cpp).
|
||
Дані датчиків з симулятора записуються в теми PX4 uORB.
|
||
Всі двигуни/приводи заблоковані, але внутрішнє програмне забезпечення повністю функціонує.
|
||
:::
|
||
|
||
Повідомлення описані нижче (див. посилання для більш детальної інформації).
|
||
|
||
| Повідомлення | Напрямок | Опис |
|
||
| -------------------------------------------------------------------- | ---------- | ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
|
||
| [MAV\_MODE:MAV\_MODE\_FLAG\_HIL\_ENABLED][mav_mode_flag_hil_enabled] | NA | Прапорець режиму при використанні симуляції. Всі двигуни/приводи заблоковані, але внутрішнє програмне забезпечення повністю функціонує. |
|
||
| [HIL\_ACTUATOR\_CONTROLS][hil_actuator_controls] | PX4 -> Sim | Виходи керування PX4 (до двигунів, приводів). |
|
||
| [HIL\_SENSOR][hil_sensor] | Sim -> PX4 | Імітація показань IMU в одиницях СІ в рамі корпусу NED. |
|
||
| [HIL\_GPS][hil_gps] | Sim -> PX4 | Симульоване значення датчика GPS RAW. |
|
||
| [HIL\_OPTICAL\_FLOW][hil_optical_flow] | Sim -> PX4 | Імітація оптичного потоку від датчика потоку (наприклад, PX4FLOW або датчика оптичної миші) |
|
||
| [HIL\_STATE\_QUATERNION][hil_state_quaternion] | Sim -> PX4 | Містить фактичне "змодельоване" положення апарату, орієнтацію, швидкість і т.д. Це може бути записано в журнал і співставлено з оцінками PX4 для аналізу і діагностики (наприклад, перевірка того, наскільки добре оцінювач працює для зашумлених (імітованих) вхідних сигналів датчика). |
|
||
| [HIL\_RC\_INPUTS\_RAW][hil_rc_inputs_raw] | Sim -> PX4 | Отримані RAW-значення каналів РК. |
|
||
|
||
<!-- links for table above -->
|
||
|
||
[mav_mode_flag_hil_enabled]: https://mavlink.io/en/messages/common.html#MAV_MODE_FLAG_HIL_ENABLED
|
||
[hil_actuator_controls]: https://mavlink.io/en/messages/common.html#HIL_ACTUATOR_CONTROLS
|
||
[hil_sensor]: https://mavlink.io/en/messages/common.html#HIL_SENSOR
|
||
[hil_gps]: https://mavlink.io/en/messages/common.html#HIL_GPS
|
||
[hil_optical_flow]: https://mavlink.io/en/messages/common.html#HIL_OPTICAL_FLOW
|
||
[hil_state_quaternion]: https://mavlink.io/en/messages/common.html#HIL_STATE_QUATERNION
|
||
[hil_rc_inputs_raw]: https://mavlink.io/en/messages/common.html#HIL_RC_INPUTS_RAW
|
||
|
||
<!-- above ^^^ links for table -->
|
||
|
||
PX4 directly uses the [Gazebo API](https://gazebosim.org/docs) to interface with [Gazebo](../sim_gazebo_gz/index.md) and MAVlink is not required.
|
||
|
||
## Порти UDP PX4 MAVLink за замовчуванням
|
||
|
||
By default, PX4 uses commonly established UDP ports for MAVLink communication with ground control stations (e.g. _QGroundControl_), Offboard APIs (e.g. MAVSDK, MAVROS) and simulator APIs (e.g. Gazebo).
|
||
Ці порти:
|
||
|
||
- PX4's remote UDP Port **14550** is used for communication with ground control stations.
|
||
Очікується, що GCS прослуховуватиме з'єднання на цьому порту.
|
||
_QGroundControl_ listens to this port by default.
|
||
- PX4's remote UDP Port **14540** is used for communication with offboard APIs.
|
||
Очікується, що зовнішні API будуть чекати на з'єднання через цей порт.
|
||
::: info
|
||
Multi-vehicle simulations use a separate remote port for each instance, allocated sequentially from `14540` to `14549`
|
||
(additional instances all use port `14549`).
|
||
|
||
:::
|
||
- The simulator's local TCP Port, **4560**, is used for communication with PX4.
|
||
Симулятор слухає цей порт, і PX4 ініціює TCP-з'єднання з ним.
|
||
|
||
:::info
|
||
The ports for the GCS, offboard APIs and simulator are specified by startup scripts.
|
||
See [System Startup](../concept/system_startup.md) to learn more.
|
||
:::
|
||
|
||
<!-- A useful discussion about UDP ports here: https://github.com/PX4/PX4-user_guide/issues/1035#issuecomment-777243106 -->
|
||
|
||
## Середовище симуляції SITL
|
||
|
||
На схемі нижче показано типове середовище симуляції SITL для будь-якого з підтримуваних тренажерів, що використовують MAVLink (тобто всіх, окрім Gazebo).
|
||
|
||
|
||
|
||
Різні частини системи з'єднуються через протокол UDP і можуть працювати як на одному комп'ютері, так і на іншому комп'ютері в тій самій мережі.
|
||
|
||
- PX4 використовує спеціальний модуль для підключення до локального TCP-порту 4560 симулятора.
|
||
Simulators then exchange information with PX4 using the [Simulator MAVLink API](#simulator-mavlink-api) described above.
|
||
PX4 на SITL і симулятор можуть працювати як на одному комп'ютері, так і на різних комп'ютерах в одній мережі.
|
||
|
||
::: info
|
||
Simulators can also use the _uxrce-dds bridge_ ([XRCE-DDS](../middleware/uxrce_dds.md)) to directly interact with PX4 (i.e. via [UORB topics](../middleware/uorb.md) rather than MAVLink).
|
||
This approach _may_ used by Gazebo Classic for [multi-vehicle simulation](../sim_gazebo_classic/multi_vehicle_simulation.md#build-and-test-xrce-dds).
|
||
|
||
:::
|
||
|
||
- PX4 використовує звичайний модуль MAVLink для підключення до наземних станцій і зовнішніх API розробників, таких як MAVSDK або ROS
|
||
- Ground stations listen to PX4's remote UDP port: `14550`
|
||
- External developer APIs listen to PX4's remote UDP port: `14540`.
|
||
For multi-vehicle simulations, PX4 sequentially allocates a separate remote port for each instance from `14540` to `14549` (additional instances all use port `14549`).
|
||
|
||
- PX4 defines a number of _local_ UDP ports (`14580`,`18570`), which are sometimes used when networking with PX4 running in a container or virtual machine.
|
||
Вони не рекомендуються для "загального" використання і можуть змінюватися в майбутньому.
|
||
|
||
- A serial connection may be used to connect [Joystick/Gamepad](../config/joystick.md) hardware via _QGroundControl_.
|
||
|
||
If you use the normal build system SITL `make` configuration targets (see next section) then both SITL and the Simulator will be launched on the same computer and the ports above will automatically be configured.
|
||
Ви можете налаштувати додаткові UDP-з'єднання MAVLink та іншим чином змінити середовище моделювання у файлах конфігурації та ініціалізації збірки.
|
||
|
||
### Запуск/створення симуляції SITL
|
||
|
||
Система збірки дозволяє дуже легко зібрати і запустити PX4 на SITL, активувати симулятор і з'єднати їх.
|
||
Синтаксис (спрощений) виглядає наступним чином:
|
||
|
||
```sh
|
||
make px4_sitl simulator[_vehicle-model]
|
||
```
|
||
|
||
where `simulator` is `gz` (for Gazebo), `gazebo-classic`, `jmavsim` or some other simulator, and vehicle-model is a particular vehicle type supported by that simulator ([Gazebo](../sim_gazebo_gz/index.md) and [jMAVSim](../sim_jmavsim/index.md) only support multicopters at time of writing, while [Gazebo Classic](../sim_gazebo_classic/index.md) supports many different types).
|
||
|
||
Нижче наведено кілька прикладів, і їх набагато більше на окремих сторінках для кожного з симуляторів:
|
||
|
||
```sh
|
||
# Start Gazebo with the x500 multicopter
|
||
make px4_sitl gz_x500
|
||
|
||
# Start Gazebo Classic with plane
|
||
make px4_sitl gazebo-classic_plane
|
||
|
||
# Start Gazebo Classic with iris and optical flow
|
||
make px4_sitl gazebo-classic_iris_opt_flow
|
||
|
||
# Start JMavSim with iris (default vehicle model)
|
||
make px4_sitl jmavsim
|
||
|
||
# Start PX4 with no simulator (i.e. to use your own "custom" simulator)
|
||
make px4_sitl none_iris
|
||
```
|
||
|
||
Симуляцію можна додатково налаштувати за допомогою змінних середовища:
|
||
|
||
- Any of the [PX4 parameters](../advanced_config/parameter_reference.md) can be overridden via `export PX4_PARAM_{name}={value}`.
|
||
For example changing the estimator: `export PX4_PARAM_EKF2_EN=0; export PX4_PARAM_ATT_EN=1`.
|
||
|
||
The syntax described here is simplified, and there are many other options that you can configure via _make_ - for example, to set that you wish to connect to an IDE or debugger.
|
||
For more information see: [Building the Code > PX4 Make Build Targets](../dev_setup/building_px4.md#px4-make-build-targets).
|
||
|
||
### Run Simulation Faster than Realtime {#simulation_speed}
|
||
|
||
SITL can be run faster or slower than real-time when using Gazebo, Gazebo Classic, or jMAVSim.
|
||
|
||
The speed factor is set using the environment variable `PX4_SIM_SPEED_FACTOR`.
|
||
|
||
:::info
|
||
PX4 SITL and the simulators are run in _lockstep_, which means that they are locked to run at the same speed, and therefore can react appropriately to sensor and actuator messages.
|
||
This is what makes it possible to run the simulation at different speeds, and also pause the simulation in order to step through code.
|
||
:::
|
||
|
||
Для додаткової інформації дивіться:
|
||
|
||
- Gazebo: [Change Simulation Speed](../sim_gazebo_gz/index.md#change-simulation-speed)
|
||
- Gazebo Classic: [Change Simulation Speed](../sim_gazebo_classic/index.md#change-simulation-speed) and [Lockstep](../sim_gazebo_classic/index.md#lockstep)
|
||
- jMAVSim: [Change Simulation Speed](../sim_jmavsim/index.md#change-simulation-speed) and [Lockstep](../sim_jmavsim/index.md#lockstep)
|
||
|
||
### Сценарії запуску
|
||
|
||
Scripts are used to control which parameter settings to use or which modules to start.
|
||
They are located in the [ROMFS/px4fmu_common/init.d-posix](https://github.com/PX4/PX4-Autopilot/tree/main/ROMFS/px4fmu_common/init.d-posix) directory, the `rcS` file is the main entry point.
|
||
See [System Startup](../concept/system_startup.md) for more information.
|
||
|
||
### Імітація збоїв та відмов датчиків/обладнання
|
||
|
||
[Simulate Failsafes](../simulation/failsafes.md) explains how to trigger safety failsafes like GPS failure and battery drain.
|
||
|
||
## Середовище симуляції HITL
|
||
|
||
У симуляції з апаратним забезпеченням у контурі (HITL) звичайна прошивка PX4 виконується на реальному обладнані.
|
||
The HITL Simulation Environment in documented in: [HITL Simulation](../simulation/hitl.md).
|
||
|
||
## Інтеграція джойстиків/геймпада
|
||
|
||
_QGroundControl_ desktop versions can connect to a USB Joystick/Gamepad and send its movement commands and button presses to PX4 over MAVLink.
|
||
Це працює як на SITL, так і на HITL симуляціях, і дозволяє вам безпосередньо керувати симульованим апаратом.
|
||
Якщо у вас немає джойстика, ви можете керувати апаратом за допомогою екранних віртуальних паличок QGroundControl.
|
||
|
||
For setup information see the _QGroundControl User Guide_:
|
||
|
||
- [Joystick Setup](https://docs.qgroundcontrol.com/master/en/qgc-user-guide/setup_view/joystick.html)
|
||
- [Virtual Joystick](https://docs.qgroundcontrol.com/master/en/qgc-user-guide/settings_view/virtual_joystick.html)
|
||
|
||
<!-- FYI Airsim info on this setting up remote controls: https://github.com/Microsoft/AirSim/blob/master/docs/remote_controls.md -->
|
||
|
||
## Симуляція камери
|
||
|
||
PX4 supports capture of both still images and video from within the [Gazebo Classic](../sim_gazebo_classic/index.md) simulated environment.
|
||
This can be enabled/set up as described in [Gazebo Glassic > Video Streaming](../sim_gazebo_classic/index.md#video-streaming).
|
||
|
||
The simulated camera is a gazebo classic plugin that implements the [MAVLink Camera Protocol](https://mavlink.io/en/protocol/camera.html) <!-- **PX4-Autopilot/Tools/simulation/gazebo-classic/sitl_gazebo-classic/src/gazebo_geotagged_images_plugin.cpp -->.
|
||
PX4 connects/integrates with this camera in _exactly the same way_ as it would with any other MAVLink camera:
|
||
|
||
1. [TRIG_INTERFACE](../advanced_config/parameter_reference.md#TRIG_INTERFACE) must be set to `3` to configure the camera trigger driver for use with a MAVLink camera
|
||
:::tip
|
||
In this mode the driver just sends a [CAMERA_TRIGGER](https://mavlink.io/en/messages/common.html#CAMERA_TRIGGER) message whenever an image capture is requested.
|
||
For more information see [Cameras Connected to Flight Controller Outputs](../camera/fc_connected_camera.md).
|
||
|
||
:::
|
||
2. PX4 повинен перенаправляти всі команди камери між GCS і (симулятором) MAVLink Camera.
|
||
You can do this by starting [MAVLink](../modules/modules_communication.md#mavlink) with the `-f` flag as shown, specifying the UDP ports for the new connection.
|
||
|
||
```sh
|
||
mavlink start -u 14558 -o 14530 -r 4000 -f -m camera
|
||
```
|
||
|
||
::: info
|
||
More than just the camera MAVLink messages will be forwarded, but the camera will ignore those that it doesn't consider relevant.
|
||
|
||
:::
|
||
|
||
Інші симулятори можуть використовувати такий самий підхід для реалізації підтримки камери.
|
||
|
||
## Запуск симуляції на віддаленому сервері
|
||
|
||
Симулятор можна запустити на одному комп'ютері, а доступ до нього отримати з іншого комп'ютера в тій же мережі (або в іншій мережі з відповідною маршрутизацією).
|
||
Це може бути корисно, наприклад, якщо ви хочете протестувати програму для безпілотника, що працює на реальному комп'ютері-компаньйоні на фоні змодельованого транспортного засобу.
|
||
|
||
Це не працює "з коробки", оскільки PX4 за замовчуванням не маршрутизує пакети на зовнішні інтерфейси (щоб уникнути спаму в мережі та втручання різних симуляцій одна в одну).
|
||
Замість цього він спрямовує трафік всередину - на "localhost".
|
||
|
||
Існує декілька способів зробити UDP-пакети доступними на зовнішніх інтерфейсах, як описано нижче.
|
||
|
||
### Використання MAVLink Router
|
||
|
||
The [mavlink-router](https://github.com/mavlink-router/mavlink-router) can be used to route packets from localhost to an external interface.
|
||
|
||
To route packets between SITL running on one computer (sending MAVLink traffic to localhost on UDP port 14550), and QGC running on another computer (e.g. at address `10.73.41.30`) you could:
|
||
|
||
- Start _mavlink-router_ with the following command:
|
||
|
||
```sh
|
||
mavlink-routerd -e 10.73.41.30:14550 127.0.0.1:14550
|
||
```
|
||
|
||
- Use a _mavlink-router_ conf file.
|
||
|
||
```ini
|
||
[UdpEndpoint QGC]
|
||
Mode = Normal
|
||
Address = 10.73.41.30
|
||
Port = 14550
|
||
|
||
[UdpEndpoint SIM]
|
||
Mode = Eavesdropping
|
||
Address = 127.0.0.1
|
||
Port = 14550
|
||
```
|
||
|
||
:::info
|
||
More information about _mavlink-router_ configuration can be found [here](https://github.com/mavlink-router/mavlink-router#running).
|
||
:::
|
||
|
||
### Увімкнення трансляції UDP
|
||
|
||
The [mavlink module](../modules/modules_communication.md#mavlink_usage) routes to _localhost_ by default, but you can enable UDP broadcasting of heartbeats using its `-p` option.
|
||
Any remote computer on the network can then connect to the simulator by listening to the appropriate port (i.e. 14550 for _QGroundControl_).
|
||
|
||
:::info
|
||
UDP broadcasting provides a simple way to set up the connection when there is only one simulation running on the network.
|
||
Do not use this approach if there are multiple simulations running on the network (you might instead [publish to a specific address](#enable-streaming-to-specific-address)).
|
||
:::
|
||
|
||
This should be done in an appropriate configuration file where `mavlink start` is called.
|
||
For example: [/ROMFS/px4fmu_common/init.d-posix/px4-rc.mavlink](https://github.com/PX4/PX4-Autopilot/blob/main/ROMFS/px4fmu_common/init.d-posix/px4-rc.mavlink).
|
||
|
||
### Увімкнення стрімінгу на певну адресу
|
||
|
||
The [mavlink module](../modules/modules_communication.md#mavlink_usage) routes to _localhost_ by default, but you can specify an external IP address to stream to using its `-t` option.
|
||
The specified remote computer can then connect to the simulator by listening to the appropriate port (i.e. 14550 for _QGroundControl_).
|
||
|
||
This should be done in various configuration files where `mavlink start` is called.
|
||
For example: [/ROMFS/px4fmu_common/init.d-posix/px4-rc.mavlink](https://github.com/PX4/PX4-Autopilot/blob/main/ROMFS/px4fmu_common/init.d-posix/px4-rc.mavlink).
|
||
|
||
### Тунелювання по SSH
|
||
|
||
Тунелювання SSH є гнучким варіантом, оскільки комп'ютер для моделювання та система, що його використовує, не обов'язково повинні знаходитися в одній мережі.
|
||
|
||
:::info
|
||
You might similarly use VPN to provide a tunnel to an external interface (on the same network or another network).
|
||
:::
|
||
|
||
Одним із способів створення тунелю є використання параметрів тунелювання SSH.
|
||
The tunnel itself can be created by running the following command on _localhost_, where `remote.local` is the name of a remote computer:
|
||
|
||
```sh
|
||
ssh -C -fR 14551:localhost:14551 remote.local
|
||
```
|
||
|
||
UDP-пакети потрібно перетворити на TCP-пакети, щоб їх можна було перенаправляти через SSH.
|
||
The [netcat](https://en.wikipedia.org/wiki/Netcat) utility can be used on both sides of the tunnel - first to convert packets from UDP to TCP, and then back to UDP at the other end.
|
||
|
||
:::tip
|
||
QGC must be running before executing _netcat_.
|
||
:::
|
||
|
||
On the _QGroundControl_ computer, UDP packet translation may be implemented by running following commands:
|
||
|
||
```sh
|
||
mkfifo /tmp/tcp2udp
|
||
netcat -lvp 14551 < /tmp/tcp2udp | netcat -u localhost 14550 > /tmp/tcp2udp
|
||
```
|
||
|
||
Команда на стороні симулятора тунелю SSH:
|
||
|
||
```sh
|
||
mkfifo /tmp/udp2tcp
|
||
netcat -lvup 14550 < /tmp/udp2tcp | netcat localhost 14551 > /tmp/udp2tcp
|
||
```
|
||
|
||
The port number `14550` is valid for connecting to QGroundControl or another GCS, but should be adjusted for other endpoints (e.g. developer APIs etc.).
|
||
|
||
The tunnel may in theory run indefinitely, but _netcat_ connections may need to be restarted if there is a problem.
|
||
|
||
The [QGC_remote_connect.bash](https://raw.githubusercontent.com/ThunderFly-aerospace/sitl_gazebo/autogyro-sitl/scripts/QGC_remote_connect.bash) script can be run on the QGC computer to automatically setup/run the above instructions.
|
||
Симуляція вже має бути запущена на віддаленому сервері, і ви повинні мати доступ по SSH до цього сервера.
|