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四旋翼飞行器半物理模型实时仿真系统研究

更新时间：2020-04-11 07:37:31 大小：4M 上传用户：IC老兵查看TA发布的资源 标签： 四旋翼飞行器 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

四旋翼飞行器作为一种新型的无人飞行器,在军事和民用方面得到了广泛关注。而如何研发一套四旋翼飞行器飞控系统并对其性能进行测试成为了广受关注的研究内容。仿真技术作为控制理论领域和计算机技术领域的专业技术,被普遍应用于系统仿真和性能评估,而仿真技术中可信度最高的半物理仿真技术不可避免的成为了进行系统仿真和测试的最佳选择。本文针对四旋翼飞行器这种特殊的无人飞行器,结合国内外对四旋翼飞行器半物理仿真平台的研究情况以及存在问题,设计开发了一套能够对四旋翼飞行器飞控系统的动态性能进行测试的半物理模型实时仿真平台。该系统可以对四旋翼飞行器飞控系统的控制效果、灵敏度等动态性能进行测试,尤其实现阵风、风切变和紊流等复杂气象条件下的四旋翼飞行器飞行模拟;能对飞控系统的传感器测量数据进行实时有效的监控,为飞控系统提供稳定可靠的参考姿态数据。

本文首先对四旋翼飞行器的结构和受力情况进行了分析,且针对不同外界环境流场下的四旋翼飞行器受影响情况做了流体力学分析和仿真,获得了外界风场的诱导速度与四旋翼飞行器姿态、旋翼转速和旋翼产生的流场的诱导速度间的关系。其次,以理论力学分析结果和流体力学分析结果作为理论基础,结合四旋翼飞行器动力学模型,构建了半物理仿真平台的数学模型。并根据互补滤波原理设计了基于互补滤波器的四元数法姿态解算方法。最后,根据构建的半物理仿真平台的数学模型,综合考虑了四旋翼飞行器的各部分参数,利用 FPGA技术构建了环境模拟系统及通信控制系统,采用 STM32单片机技术构建了信号处理系统及机载测量系统,利用LabVIEW软件编写了上位机程序,并将上述各系统进行联机调试。

经过测试,本系统具有较高的测量精度,可以对四旋翼飞行器飞控系统进行动态测试,能够实现对外界环境的模拟,且可以将模拟的外界环境对四旋翼飞行器的影响作用到机体上,使仿真更加接近实际飞行情况。该仿真系统可以大大缩短四旋翼飞行器飞控系统的研发周期、减少研发成本,消除了以往对飞控系统进行性能测试过程中的各种弊端,提高了测试效率。