Use-Case 2: Quadrocopter

Quadrocopter sind relativ einfache Fluggeräte, welche eine Flugregelung besitzen, die mittels einer internen Stabilisierung als eigenständiges, teilautonomes System verstanden werden kann. Der Schwerpunkt dieses Use Cases liegt auf der Flugregelung und der Mechatronik.

Für die Flugregelung wird ein Simulationsmodell für die dynamische Beschreibung des Quadrocopters in dem domänenspezifischen Softwaretool Matlab/Simulink implementiert. Bei diesem Modell handelt es sich um einen Satz nichtlinearer Differenzialgleichungen zur Beschreibung der Position und Lage des Quadrocopters im Raum. Eingangsgrößen dieser Simulation sind zum einen die Steuereingänge des Systems zum anderen externe Störungen wie z.B. Wind. Hierbei wurde auch das Übertragungsverhalten der Stellglieder berücksichtigt.

Neben der Flugregelung spielt die Strukturoptimierung eine große Rolle da insbesondere der Quadrocopter ein Beispiel für angewandten Leichtbau darstellt. Dafür werden Topologieoptimierungen vollautomatisch erzeugt und basierend darauf verschiedene Bauweisenkonzepte entwickelt. Das Ergebnis der Strukturoptimierung hat direkten Einfluss auf das Regelungsmodell, da die Geometrie dessen Eingangsgröße (Trägheitsmatrix) darstellt. Der gesamthafte Produktentwurf eines Quadrocopters soll unter anderem Kosten- und Montagesimulationen beinhalten und als Beispiel einer vollständigen Abbildung des digitalen Produktlebenszyklus fungieren.