matlab/simulink与WLS2下ROS2联合仿真环境搭建

文章目录

[一、前言](#一、前言)
二、搭建PX4仿真
- [1. 下载PX4源码并编译软件在环（SITL）仿真：](#1. 下载PX4源码并编译软件在环（SITL）仿真：)
- [2.配置微型 XRCE-DDS 代理](#2.配置微型 XRCE-DDS 代理)
三、在MATLAB生成PX4官方自定义消息格式（px4_msgs）
[四、在simulink发布/订阅消息](#四、在simulink发布/订阅消息)
- 1.发布消息
- 2.订阅消息
[五、在simulink进行实时仿真](#五、在simulink进行实时仿真)
- [1. Simulation Pacing（调速功能）](#1. Simulation Pacing（调速功能）)
- [2. Simulink Real-Time（实时仿真）](#2. Simulink Real-Time（实时仿真）)
- 3.运行仿真

一、前言

本教程主要指导在Windows11下利用matlab/simulink相关工具进行WLS2下ROS2联合仿真环境的搭建。使用PX4仿真作为背景。如果只想要搭建ROS相关的可以跳过第二、三节。

教程编写日期为2025年11月28日，相关工具与版本为：

PX4 v1.16.0
WLS2（ubuntu22.04 ROS2 humble）
MATLAB R2024b。
未安装WLS2的请点击链接：Windows上使用WSL2创建Ubuntu系统，实现无缝高效开发的体验
注意需要WLS2为最新版本，请使用wsl --update检查更新。搭建好以后使用：鱼香ROS一键安装教程，安装ROS2 Humble发行版。

二、搭建PX4仿真

本节内容完全参考PX4官方手册，官方手册很详细，可以找到更加详细的步骤。官方手册链接：PX4 Autopilot User Guide

PX4官方开发团队现在全面推荐使用ROS2，原话是：
ROS 2 能够实现与 PX4 极深度的集成，你可以在 ROS 2 中创建飞行模式，这些模式与 PX4 内部原生飞行模式毫无区别；同时还能以高速率直接读取和写入 PX4 内部的 uORB 主题。（尤其）建议在以下场景中使用：从伴飞计算机进行控制与通信（且低延迟至关重要时）、需借助 Linux 系统的现有库时，或编写新的高级飞行模式时。

其他使用ROS2的巨大优势，在官方手册中已经详细描述，这里不过多阐述。下面给出搭建步骤。

1. 下载PX4源码并编译软件在环（SITL）仿真：

(1) 下载源码：

bash 复制代码

git clone https://github.com/PX4/PX4-Autopilot.git --recursive

(2) 执行环境搭建脚本：

bash 复制代码

bash ./PX4-Autopilot/Tools/setup/ubuntu.sh

(3) 进入源码目录：

bash 复制代码

cd PX4-Autopilot/

(4) 切换到v.1.16.0版本：

bash 复制代码

git checkout -b 分支名（自定义）v1.16.0

(5) 清理子模组：

bash 复制代码

make distclean

(6) 更新子模组：

bash 复制代码

git submodule update --recursive

(7) 编译软件在环仿真：

bash 复制代码

make px4_sitl

(8) 编译完成启动仿真验证：

bash 复制代码

make px4_sitl gz_x500

(9) 打开QGC

(10) 在PX4终端回车，输入commander takeoff，会看到飞机起飞。
注意WLS2需要开启镜像网络，并在Windows启动QGC连接，否则无法起飞！！

2.配置微型 XRCE-DDS 代理

(1) 下载源码：

bash 复制代码

git clone -b v2.4.3 https://github.com/eProsima/Micro-XRCE-DDS-Agent.git

(2) 进入源码目录

bash 复制代码

cd Micro-XRCE-DDS-Agent

(3) 创建build构建目录并进入

bash 复制代码

mkdir build && cd build

(4) 编译代码

bash 复制代码

cmake .. && make

(5) 安装到系统中

bash 复制代码

sudo make install && sudo ldconfig /usr/local/lib/

(6) 以后仿真想要PX4与ROS2连接起来，执行：

bash 复制代码

MicroXRCEAgent udp4 -p 8888

启动PX4仿真make px4_sitl gz_x500后会自动连接，使用ros2 topic list可以查看话题
注：实物连接请参考官方手册

三、在MATLAB生成PX4官方自定义消息格式（px4_msgs）

和mavros不同的是，PX4使用DDS中间件与ROS2连接，所有的话题消息格式都是PX4官方自定义消息格式，这是为了和内部uORB主题消息保持一致，具体相关信息请参考PX4官方手册。

博主使用的是MATLAB R2024b，因为不同MATLAB版本支持的ROS版本不一样，具体请参考官方手册：ROS Toolbox

在自己Windows的matlab的工程目录下，下载px4_msgs。Windows没有git的话，建议去安装一下，毕竟git现在是常用的代码版本管理工具。

bash 复制代码

git clone https://github.com/PX4/px4_msgs.git

界面如下：

然后在MATLAB命令行执行命令：

bash 复制代码

ros2genmsg('E:\MATLAB_Project\ros2CustomMsgs')

MATLAB会自己寻找这个目录下的所有软件包中的msg、srv、action的相关文件，然后生成消息。

命令执行后等待一段时间（因为需要编译）。执行完毕后可使用ros2 msg list查看。消息生成一次就行，以后都会存在
前提是不要删除你的这个文件夹！

四、在simulink发布/订阅消息

用写代码的方式来发布和订阅消息，博主不在此处描述介绍，可以参考官方文档。这里博主介绍使用simulink的方式。

首先新建一个空白模型，在simulink的APP中找到ROS,点击并设置为ROS2。

1.发布消息

我们先启动小海龟仿真：ros2 run turtlesim turtlesim_node。注意WLS2需要开启镜像网络！否则simulink无法进行通信

接着双击simulink空白处输入Publish，找到ROS2的发布模块。

双击选择/turtle1/cmd_vel话题。

双击simulink空白处输入Blank Message，双击选择对应话题的消息类型，设置采样时间为0.01，也就是100HZ。

双击simulink空白处输入 Bus Assignment，将Blank Message连接到 Bus Assignment上。然后双击Bus Assignment，改为下面的样子。

然后可以拖一个正弦模块,采样时间也需要设置为0.01，与Blank Message一致，进行输入，最终连接的为下面所示：

但是注意先不要急着仿真，在下一节我会说为什么，我们先把订阅消息的模型搭建学会。

2.订阅消息

这里示例需要用到的模块有Subscribe、Enable、Bus Selector、Display、XY Graph。

我们这里去订阅PX4的/fmu/out/vehicle_local_position话题。搭建如下所示的模型：
tips1：选中部分模块后，Ctrl+G可以快速创建子系统
tips2：订阅模块在每个时间步长都会输出一条消息（总线）；如果根本未接收到任何消息，它将输出一条空白消息（即所有值均为零的消息）。因此，XY 坐标有些时候会绘制在（0，0）处。为了以便仅在接收到新消息时才做类似绘制位置的事情，我们可以加入Enable模块（创建子系统加入）

注意：这里接收的是px4的PX4的/fmu/out/vehicle_local_position话题，根据官方手册，接收px4话题的时候，要设置Subscribe订阅的QoS服务质量，如下所示：

五、在simulink进行实时仿真

首先，这里先解释一下什么是实时仿真。

在实时仿真（real-time simulation）中，仿真时间与真实时间严格对应。如果现实世界经过 1 秒，仿真系统也在 1 秒真实时间内完成 1 秒时间内计算。简单来说就是仿真调试速度和实际时间对应关系为1:1。
在我们平常做仿真的时候，simulink会根据终止时间和步长来尽快完成所需的计算。比如仿真时间为5秒，步长为固定步长0.001（也就是1毫秒，步长的意思就是更新模型的时间间隔），simulink会尽快完成这5000次的计算。
在我们使用simulink要和ros进行联合仿真的时候，我们需要程序运行/模型仿真的速度要和现实时间流逝的速度一致，而不是几秒的时间就把程序运行完了，所以需要控制simulink的仿真速度！如果不控制的话，很容易会发现话题的发布频率很快，而且不可控制，这也是前面博主说先不要急着仿真的原因。
控制仿真速度有两种：Simulation Pacing（调速功能）、Simulink Real-Time（实时仿真） 。第一种是通过延时来实现的，用延时（pause）来"放慢"仿真进度，使仿真时间≈真实时间 ；第二种是用实时调度器和固定周期任务保证计算完成时间＝硬件采样周期 。所以推荐第二种方式。下面介绍两种方式的实现。

1. Simulation Pacing（调速功能）

2. Simulink Real-Time（实时仿真）

使用这个方式要用到实时内核，需要在MATLAB命令行执行命令：

bash 复制代码

sldrtkernel -install

安装完毕以后，只需要在simulink中拖放出一个Real-Time Synchronization模块就行，不用做其他操作。

3.运行仿真

点击仿真运行，我们可以看到小海龟的速度按照正弦变化。
如果开启了PX4仿真，并订阅了消息，也可以在Display和XY Graph看到数据
tips:记得simulink模型需要选择固定步长，步长长度可以自行决定

matlab/simulink与WLS2下ROS2联合仿真环境搭建

文章目录

一、 前言

二、搭建PX4仿真

1. 下载PX4源码并编译软件在环（SITL）仿真：

2.配置微型 XRCE-DDS 代理

三、在MATLAB生成PX4官方自定义消息格式（px4_msgs）

四、 在simulink发布/订阅消息

1.发布消息

2.订阅消息

五、 在simulink进行实时仿真

1. Simulation Pacing（调速功能）

2. Simulink Real-Time（实时仿真）

3.运行仿真

一、前言

四、在simulink发布/订阅消息

五、在simulink进行实时仿真