[发明专利]一种轻小型无人机半物理仿真系统及仿真方法

权利要求书

1.一种轻小型无人机半物理仿真系统，包括仿真上位机、实时仿真机、三轴仿真转台上位机、三轴仿真转台、舵角采集单元和仿真视景单元，其特征是：

所述实时仿真机包括PXI控制器和通信、数据采集功能模块，所述PXI控制器包括PharLap实时操作系统、无人机飞行动力学模型和CustomDevice驱动器；

所述仿真上位机，用于对半物理仿真工程文件的编译和部署，通过TCP协议与实时仿真机实现数据连接和交互，采用Veristand实时测试软件对仿真系统进行数据监视和控制，同时记录实时仿真机仿真过程中所产生的数据并对无人机动力学模型参数进行在线修改；

所述PharLap实时操作系统为无人机飞行动力学模型的运行提供实时环境；

所述无人机飞行动力学模型实现无人机系统的数字模型化，采用建模软件对无人机建模，实现对无人机运动学和动力学的模拟和仿真；还用于解算获得无人机姿态角数据，并将所述姿态角数据通过通信、数据采集功能模块发送至三轴仿真转台上位机；

所述通信、数据采集功能模块用于实现实时仿真机与三轴仿真转台间的数据传输，还用于采集舵角采集单元输出的脉冲信号，并将脉冲信号转换为角度物理量传送至PXI控制器；

所述三轴仿真转台上位机接收实时仿真机中无人机飞行动力学模型发送的姿态角数据后，并生成转台驱动信号输出至三轴仿真转台；

所述三轴仿真转台用于仿真过程中无人机姿态角的模拟，仿真测试时将惯性导航传感器固定于三轴仿真转台台面；

所述舵角采集单元用于测量舵机转动角度并输出对应脉冲信号至通信、数据采集功能模块；

所述仿真视景单元与实时仿真机通过UDP协议连接，用于以动画的形式实时显示无人机的飞行状态；

所述舵角采集单元包括编码器、联轴器、24棱体、转接盘、舵机、舵机座、弹簧、试验台架体以及三坐标位移台；

所述舵机通过三坐标位移台和舵机座固定在试验台架体上，并通过三坐标位移台实现对舵机轴线位置的调整；

所述转接盘与舵机输出轴连接，转接盘上布置有弹簧安装孔，通过弹簧模拟舵机工作状态下的力距；转接盘上的轴为24棱体提供安装位置，并且该轴通过联轴器与编码器输入轴固连，所述编码器测量舵机转动角度并输出对应脉冲信号至通信、数据采集功能模块；24棱体用于对舵角采集单元的精度标定。

2.根据权利要求1所述的一种轻小型无人机半物理仿真系统，其特征在于：所述实时仿真机中还包括PXI机箱，所述PXI机箱用于提供PXI设备的总线连接框架，将PXI控制器和通信、数据采集功能模块通过卡槽固定到PXI机箱上；无人机飞行动力学模型由仿真上位机编译、配置后部署至实时仿真机中；CustomDevice驱动器是PXI控制器驱动通信、数据采集功能模块与三轴仿真转台、仿真视景单元以及舵角采集单元交互的驱动设备；

通信、数据采集功能模块用于实时仿真机与PXI控制器通过PXI总线连接，通过PXI控制器中运行的CustomDevice驱动器中的驱动控制板卡中数据的发送和接收。

3.根据权利要求1所述的一种轻小型无人机半物理仿真系统，其特征在于：所述通信、数据采集功能模块包括反射内存卡和定时器IO卡；

反射内存卡用于实时仿真机与三轴仿真转台间的数据传输，反射内存卡与实时仿真机连接依靠PXI总线互联，反射内存卡与三轴仿真转台连接依靠光纤互联，实时仿真机中无人机飞行动力学模型解算得到的俯仰角、偏航角、滚转姿态角数据，姿态角数据通过PXI总线从PXI控制内送至反射内存卡，反射内存卡再通过光纤将数据发送至三轴仿真转台上位机；

定时器IO卡用于采集舵角采集单元的输出脉冲信号，并将脉冲信号转换为角度物理量通过PXI总线送至实时仿真机上的PXI控制器。