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物理建模與機器人

結合控制硬體與建模軟體MapleSim的先進教學效益

MapleSim在英國Bristol大學的教學與研究上提供實質的助益。對研究所的學生而言, 一方面在新的專案上要使用Quanser公司所提供的直升機飛行控制實驗平台, 另一方面又要能夠跳脫目前的控制系統設計限制, 找出新的控制解決方案, 實是一大挑戰。而MapleSim的建模軟體在這個專案中被採用來幫助研究所學生建立此控制實驗平台模型並且進行優化控制。

Quanser公司的3個自由度直升機實驗平台被購置來讓機械工程所2年級以及航太所3年級學生學習與實作使用。透過此實驗平台, 學生必須進行正確的控制系統設計來調整直昇機高度與飛行狀況。在Bristol的兩個系所共180個學生, 以兩人一組的方式在不同時間分享這四組直升機實驗平台, 並且在此實驗平台上測試他們所設計的控制系統。雖然此舉已超出了教學上的範疇,但這3個自由度的直升機實驗平台, 卻讓研究所學生可以進一步探索各種控制的可能性, 並且調整PID控制器來突破控制限制,尋找並避免可能發生的飛行震盪波動。
動力學與控制設計組的資深學者Guido Hermann博士說明使用Quanser產品所獲得的優勢,”3DOF直升機可直接使用,而且課程上所學習到的經驗可輕鬆地轉換到真實世界(real-world)的狀況。” 他接著說此實驗不用監督學生工作而且架構了一種誘導方式讓學生步上軌道並自行深入探索研究。“有些學生已經發展了新的演算法,使用最優控制的設計概念來控制直昇機,而不是早期所教導的方法。”

在英國最大的Bristol機器人實驗室(Bristol Robotics Laboratory),四個研究生正在使用MapleSim建立機器人系統模型。使用在不同計畫上,”MapleSim能讓學生發展物理模型比使用其它工具更為迅速”,Hermann博士這樣說。
MapleSim的高度直觀,且擁有強大的混合多領域建模與模擬功能,大大減少建模時所需花費的時間與精力,使該計畫被簡單的實現同時亦學習許多寶貴技術。

 
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