美國聖心大學：Quanser AERO 如何協助大學生銜接進階無人機控制領域
- 錫昌科教
- 3月6日
- 讀畢需時 3 分鐘
透過實作教學，縮短理論與航空控制系統應用間的差距
面臨挑戰
教導電機與電腦工程系大二學生關於航空系統的控制系統知識。目標是讓學生做好準備，以便銜接並操作自主飛行器研究室（AVRS）系統中的 Quanser QDrone。
解決方案
Quanser AERO (目前已經改版為 AERO 2)
研究成果
聖心大學致力於以新穎且獨特的方式培養工程師。其中一項實作是利用自主飛行器研究室（AVRS）系統來教導大學部學生。Tolga Kaya 博士曾透過 YOUser 網路研討會展示了這項卓越的研究成果，並發表了學術論文。
Kaya 教授帶領的一群新學生對 Quanser 無人機展現了極高熱忱。然而，這次 Kaya 教授希望確保學生在正式操作 Quanser QDrone 之前，已具備足夠的航空應用建模與控制系統背景知識。挑戰在於，這四位學生僅是大二電子與電腦工程系（ECE）的學生，尚未修過任何建模或控制系統課程，也完全沒有 MATLAB/Simulink 的基礎。考慮到時間進度，Kaya 教授希望讓他們透過實務、手做的方式，快速學習這些核心概念。
為了教導學生關於控制系統與快速控制原型（Rapid Controls Prototyping）軟體的知識，教學中採用了 Quanser AERO 硬體與 QUARC 即時控制軟體。
起初我們曾考慮使用其他 Quanser 系統，但經過討論後，我們決定選用 Quanser AERO，因為它屬於固定式設備，且能涵蓋從入門到進階等不同難度的教學主題。透過不同的感測器與結構配置，AERO 可滿足各種階段的教學需求。當被問及 AERO 是否為工作坊的正確選擇時，Kaya 教授表示：「這麼說吧，如果我要教一學期的課程，我會花半個學期的時間在 AERO 上。」
與 Quanser 合作辦理的五階段線上工作坊，向學生介紹了許多控制系統概念，並精進了他們的 MATLAB/Simulink 技能。以下是工作坊中所涵蓋的實驗項目概述：
學生在聖心大學實驗室中實地操作 Quanser AERO 硬體，並由 Kaya 教授指導。工作坊則是由 Quanser 應用工程師遠端授課。
這場航空控制系統工作坊提供了一個絕佳的 ”入門指導”，讓學生步上正軌，為操作 Quanser AVRS 系統做好準備。學生非常享受工作坊的過程，特別是能夠與「已經可以正常運作」的系統進行互動。在工作坊結束後透過自主練習，學生對系統層級的設計有了良好的掌握。
Kaya 教授提到：「這是學生第一次與非教授身份的工程師互動，這讓學生比平常更加專注。」如果再次舉辦工作坊，他認為內容會保持不變，但若能加上工作坊前的預習與背景知識補充，效果會更佳。
學生們獲得了 Credly 控制系統：Quanser AERO 徽章，證明他們在 Kaya 教授與 Quanser 工程師的指導下，掌握了硬體在環（HIL）與控制系統的核心概念。
Kaya 教授隨後與 Quanser 再次舉辦了另一場關於 Quanser Qbot 的工作坊，向學生介紹無人地面載具。Qbot 與 Quanser QDrone 均為 Quanser 自主飛行器研究室（AVRS）中使用的移動載具。在此工作坊中，學生學習了移動地面機器人特有的感測器與致動器、如何透過 QUARC 在 Simulink 中與硬體對接，並將影像閾值（Image Thresholding）分割與閉環控制應用於循線等現實情境。這有助於學生建立必要的技能，以應對 AVRS 系統中更進階的無人機操作與基於攝影機的定位技術。
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