[发明专利]一种轻小型无人机半物理仿真系统及仿真方法

说明书

一种轻小型无人机半物理仿真系统及仿真方法，涉及无人机飞行控制系统测试技术领域，解决现有无人机仿真系统存在不能真实有效的反映惯性导航在飞行控制系统中的实际作用；无法有效的反映出执行器动态性能；无法对仿真试验结果的定量分析及在线调整参数等问题，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，实时仿真机包括PXI控制器和通信、数据采集功能模块，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；本发明利用三轴仿真转台对无人机飞行动力学模型仿真过程的姿态角进行模拟，在地面环境下提供无人机姿态变化测试环境，对惯性导航系统实物硬件在环测试，提高仿真的逼真度。

技术领域

本发明涉及无人机飞行控制系统测试技术领域，具体涉及一种轻小型无人机半物理仿真系统及仿真方法。

背景技术

针对小型无人机的半物理仿真系统在国内已有开发，2016年中国航空工业机关公司西安飞机设计研究所开发一种基于串口通信的无人机飞行仿真演示平台，仿真计算机利用串口将模拟导航数据注入至飞行控制系统中，飞行控制器使用该导航模拟数据解算控制量驱动执行器。执行器执行量通过串口返回至仿真计算机中构成闭环，实现飞行控制器在环路中的测试，该方法的不足体现在以下四点：

1、惯性导航实物不能在控制环路中测试，因此不能真实有效的反映惯性导航在飞行控制系统中的实际作用；

2、舵面位置以串口形式发送至飞行仿真计算机不能真实反映执行舵偏角，无法有效的反映出执行器动态性能；

3、无法存储仿真过程数据用于仿真试验结果的定量分析；

4、仿真过程中不能动态修改模型参数，实现在线调参的功能。

发明内容

本发明为解决现有无人机仿真系统存在不能真实有效的反映惯性导航在飞行控制系统中的实际作用；无法有效的反映出执行器动态性能；无法对仿真试验结果的定量分析以及在线调整参数等问题，提供一种轻小型无人机半物理仿真系统及仿真方法。

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，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。