5. 硬件在环仿真器¶
硬件在环仿真器包括一个实时运动仿真软件——CopterSim 和一个三维可视化视景软件——3DDisplay。下面分别对这两个软件进行介绍。
5.1. CopterSim¶
双击桌面的 CopterSim 快捷方式打开 CopterSim。CopterSim的仿真模型和参数与多旋翼软件在环模型相同,因为 CopterSim 是通过 Simulink多旋翼模型代码生成整合而成的。模拟器软件运行在 Windows 64 位计算机平台下，通过USB 数据线与Pixhawk 自驾仪进行串口通信。
Coptersim 的主界面
CopterSim 会发送传感器数据给Pixhawk 自驾仪，然后自驾仪会计算得到的电机 PWM控制信号并返回给 CopterSim。因此 Pixhawk 自驾仪可以实时控制 CopterSim 中的模拟多旋翼，实现和真实飞行同样的效果。与此同时，飞机的姿态与位置信息会以 UDP 协议向本地网络中发送，而 3DDisplay 软件会接收这些信息来完成实时三维视景显示。
CopterSim 程序的主界面分为两大部分，上半部分是读者自定义选择多旋翼模型的输入界面，下半部分是连接自驾仪进行仿真的界面。注意：本软件仅开放了基本功能，还有许多实用的高级功能（如多机仿真、UE4 高逼真场景、固定翼等其他机型仿真等）需要注册之后才能使用，详见 RflySim高级版安装方法 .
直接单击CopterSim 界面中间位置的“模型参数”按钮，就会弹出模型参数配置页面，这里会显示上一次仿真存储的模型参数。该界面主要包含了悬停信息（悬停时间、油门、输出功率、电机转速等）和飞机模型的基本参数（总质量、转动惯量、尺寸、拉力系数和阻力系数等）。
模型参数配置界面
单击 “还原默认参数”按钮，可以将模型参数还原到默认值；单击“存储并使用参数”按钮可以将当前参数存储到数据库中，作为本次和后续硬件在环仿真的参数。 CopterSim 也允许在模型参数配置页面中直接修改模型参数，例如，输入与 Simulink 软件在环仿真的多旋翼模型同样的参数（存储在“e01.SoftwareSimExpsiconInit.m”文件中），然后单击 “存储并使用参数”按钮来存储并使用输入的模型参数。 “噪声水平（0-1）”按钮用于设置传感器仿真噪声水平：“0”是不启用噪声，“1”是噪声水平与实际 Pixhawk 自驾仪传感器噪声一致。当然也可以输入 0 到 1 之间的数或大于 1 的数，来表示仿真传感器噪声与实际噪声的比例关系，以便测试控制算法的抗干扰能力。
当多旋翼配置并且计算完成后，将 Pixhawk 自驾仪插入到计算机的 USB 口上，在主界面的“飞控选择”下拉菜单中就会出现可连接的 Pixhawk 自驾仪串口。选中需要的 Pixhawk自驾仪串口（通常名字中包含字符串“FMU”），单击“开始仿真”按钮，就可以开始硬件在环仿真。CopterSim 可以接收到 Pixhawk 自驾仪回传的消息，说明硬件仿真正常运行。在仿真过程中也可以单击“停止仿真”来停止硬件在环仿真，或者单击“重新仿真”来初始化多旋翼到原始位置。
CopterSim 的硬件在环仿真界面
5.2. 3DDisplay¶
双击桌面的 3DDisplay 快捷方式即可打开 3DDisplay。3DDisplay 主界面界面窗口左侧以 3D 图形的方式展示多旋翼当前的飞行状态；3DDisplay 主界面右上角窗口展示了基本的飞行数据，包括电机转速，位置信息，姿态信息等；3DDisplay 主界面右下角窗口显示多旋翼的飞行轨迹。
3DDisplay 的主界面
5.3. 硬件在环飞行测试¶
在硬件在环仿真中，可以和控制真实飞机一样，通过遥控器仿真的多旋翼完成解锁、起飞、手动飞行、降落等动作。具体步骤如下：
（1）首先将遥控器电源开关推上去，打开遥控器；（2）正确连接 Pixhawk 软/硬件，并通过 CopterSim 开始硬件在环仿真；（3）将遥控器左侧油门摇杆置于右下角，保持 2∼3 秒来解锁Pixhawk自驾仪；
通过遥控器解锁与上锁 Pixhawk 自驾仪示意图
（4）此时可以看到 Pixhawk 自驾仪上的 LED 灯变为常亮，且 CopterSim 左下角的消息框收到“Detect Px4 Armed”消息，说明解锁成功。若解锁不成功，则断开所有软/硬件连接，重复上述步骤；Note
高版本 Pixhawk 硬件（例如 Pixhawk2/3/4/5)开始不自带 LED 灯模块，需要使用外置LED 灯观察效果。
（5）向上拨动遥控器左侧的操纵杆，使多旋翼起飞到一定高度，然后上下拨动油门杆，确认多旋翼的上下运动控制功能；（6）左右拨动遥控器左侧的操纵杆，确认多旋翼的偏航方向转动控制功能；（7）上下拨动遥控器右侧操纵杆，控制多旋翼俯仰角的大小，确认多旋翼的前后运动控制功能；（8）左右拨动遥控器右侧操纵杆，控制多旋翼的滚转角的大小，确认实现多旋翼的左右运动功能；（9）拨动遥控器右上角的三段开关，确认多旋翼的控制模式切换功能；（10）向下拨动遥控器左侧的油门摇杆，使多旋翼降落在地面；（11）将遥控器左侧油门摇杆置于左下角，保持 2∼3 秒来锁定Pixhawk 自驾仪；（12）在 CopterSim 中单击“结束仿真”按钮，退出 硬件在环仿真，然后断开 Pixhawk 自驾仪与计算机硬件连接。