某型无人机的半实物仿真训练系统设计
某型自转旋翼无人机半实物仿真系统
某型自转旋翼无人机半实物仿真系统王德爽;李刚;杨宁【期刊名称】《兵工自动化》【年(卷),期】2014(000)004【摘要】Aiming at the certain type auto-rotating rotor UAV flight control, design a semi-physical simulation system. Introduce the semi-physical simulation system function, constitution, platform overall design, describe system hardware and software design, then carry out system simulation test. The results show that the semi-physical simulation system can actually simulate auto-rotating rotor UAV flight control system operation environment, verify flight control system logic function and quality, can shorten time on researching this type auto-rotating rotor UAV.%针对某型自转旋翼无人机飞行控制，设计一种半实物仿真系统。
介绍半实物仿真系统功能及组成、平台总体设计，详细论述系统硬件、软件设计，并对系统进行仿真试验。
结果表明，该半实物仿真系统能真实地模拟自转旋翼无人机飞行控制系统运行环境，验证飞行控制系统逻辑功能及品质，缩短此型号的自转旋翼无人机研制周期。
【总页数】5页(P22-25,38)【作者】王德爽;李刚;杨宁【作者单位】中国航天空气动力技术研究院第11总体设计部，北京 100074;中国航天空气动力技术研究院第11总体设计部，北京 100074;中国航天空气动力技术研究院第11总体设计部，北京 100074【正文语种】中文【中图分类】TJ86【相关文献】1.十字翼布局无人机半实物仿真系统设计 [J], 都基焱;张振;史巍巍2.基于FlightGear的四旋翼无人机半实物仿真系统 [J], 臧皖晋3.旋翼无人机航迹控制半实物仿真系统设计 [J], 蒋祎;廖俊;陈琪峰4.基于模型的四旋翼无人机半实物仿真平台研究 [J], 袁源5.基于模型的四旋翼无人机半实物仿真平台研究 [J], 袁源因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
某无人机飞控系统地面半实物仿真平台设计
某无人机飞控系统地面半实物仿真平台设计鲍泳林【期刊名称】《太赫兹科学与电子信息学报》【年(卷),期】2015(013)006【摘要】无人机(UAV)飞控系统地面半实物仿真平台用于对无人机飞控系统进行相关地面测试.针对某无人机飞行控制系统,提出了一种基于 MATLAB实时工作空间和 VxWorks实时操作系统的地面半实物仿真平台方案.针对无人机小扰动数学模型,构建了地面站上位机、控制器和模型机组成的实时系统闭环回路,对硬件及软件配置进行了说明,并设计了相关控制算法.该试验台可实时监测无人机系统状态,并可实时对模型注入扰动,实现系统在线调参.该半物理仿真平台结构简洁,功能明确,为相关控制律提供了便捷的研究设计手段.%A ground Hardware-in-Loop(HIL) simulation test platform is used to perform ground tests for flight control system of Unmanned Aerial Vehicle(UAV). For the purpose of such tests, a ground HIL simulation platform based on MATLAB Real-time Workspace(RTW) and real-time operating system VxWorks is designed. The mathematic model of the UAV is built, and the closed loop of the real-time system including a master computer, a control computer and a model computer is constructed. Hardware and software configuration, and also flight control laws are discussed. This platform enables the observation of system states in UAV flight process, the injection of disturbance, and online adjusting of parameters. This platform is simple but very functional, and it provides a valid way to test control laws of UAV.【总页数】5页(P903-907)【作者】鲍泳林【作者单位】中国工程物理研究院总体工程研究所,四川绵阳 621999【正文语种】中文【中图分类】TN911.7【相关文献】1.小型无人机飞控系统半实物仿真平台实时性研究 [J], 邓红德;鲍鑫;吴佳楠2.某型无人机地面半实物仿真试验控制台系统设计 [J], 王亮;吴成富3.某无人机飞控系统半实物仿真平台设计 [J], 薛鹏;肖前贵;高艳辉4.某无人机飞控系统地面半实物仿真平台设计 [J], 鲍泳林;5.无人机飞控系统半实物仿真测试平台的设计与实现 [J], 陆文骏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
无人机飞行控制半实物仿真系统设计与实现
ISSN 1002-4956 CN11-2034/T实验技术与管理Experimental Technology and M a n a g e m e n t第38卷第3期202丨年3月Vol.38 N o.3Mar. 2021D O I:10.16791/j.c n k i.s j g.2021.03.031无人机飞行控制半实物仿真系统设计与实现吕永玺，屈晓波，史静平(西北工业大学自动化学院，陕西省飞行控制与仿真技术重点实验室，陕西西安710072 )摘要：为保证无人机飞行试验的安全性，提升无人机飞控系统设计的可靠性，自主研发了无人机飞行控制半实物仿真系统。
结合准确的无人机6自由度非线性数学模型和x P C实时系统模块模拟生成无人机飞行状态信息，根据地面站控制指令、传感器故障模注人指令解算获得不同飞行模式和飞行状态下的舵面偏转量，实现了实时系统闭环反馈控制，并驱动舵面偏转检验控制系统的响应速度。
该系统不仅能验证飞控系统的逻辑性和实时性，而且借助虚拟现实技术和航迹地图显示，具备在线整定控制律参数的功能。
该系统模块化程度高，相关硬件和软件对无人机平台和飞控计算机通用性广，依据多平台实验和多架次试飞的实验流程实用性强，为无人机飞控系统开发提供了切实可行、高效可靠的途径。
关键词：飞行控制；实时系统；虚拟现实；在线调参；故障注人中图分类号：V249文献标识码：A文章编号：1002-4956(2021)03-0153-05Design and realization of hardware-in-the-loop simulationsystem for UAV flight controlLYU Yongxi,〇U Xiaobo,SHI Jingping(S h a a n x i P r o v i n c e K e y L a b o r a t o r y o f Flight Control a n d S i m u lation T e c h n o l o g y, S c h o o l o f A u t o m a t i o n,N o r t h w e s t e r n Polytechnical University, X i'a n 710072, C h i n a)Abstract: T o e n s u r e the safety o f U A V flight test a n d i m p r o v e the reliability o f U A V flight control s y s t e m design,the U A V flight control h a r d w a r e-i n-t h e-l o o p s i m u l a t i o n s y s t e m is i n d e p e n d e n t l y d e v e l o p e d.T h e flight statei n f o r m a t i o n o f U A V is g e n e r a t e d b y c o m b i n i n g the a c c u r a t e 6-D O F n o n l i n e a r m a t h e m a t i c a l m o d e l o f U A V a n dx P C real-time s y s t e m m o d u l e. A c c o r d i n g to the g r o u n d station control c o m m a n d a n d s e n s o r fault m o d e injectionc o m m a n d, the deflection o f the control surfaces u nde r different flight m o d e s a n d flight states c a n b e obtained. T h ec l o s e d-l o o p f e ed b a c k control o f the real-time s y s t e m is realized, a n d the control surfaces are d r i v e n to test ther e s p o n s e s p e e d o f the control s y s t e m. T h e s y s t e m c a n not o n l y verify the logic a n d real-time p e r f o r m a n c e o f theflight control s y s t e m,b u t also h a s the function o f onli n e t u n i n g control l a w p a r a m e t e r s w i t h the h e l p o f virtualreality t e c h n o l o g y a n d track m a p display. T h e s y s t e m h a s a h i g h d e g r e e o f m o d u l a r i z a t i o n, a n d the related h a r d w a r ea n d s o f t w a r e are w i d e l y u s e d for the U A V p l a t f o r m a n d flight control c o m p u t e r.A c c o r d i n g to the e x p e r i m e n t a lp r o c e s s o f m a n y p l a t f o r m e x p e r i m e n t s a n d flight tests, the s y s t e m is practical, efficient a n d reliable for thed e v e l o p m e n t o f U A V flight control s y s t e m.Key words: flight control; real t i m e s y s t e m; virtual reality; o n line p a r a m e t e r a d j u s t m e n t; fault injection随着信息技术的发展和社会需求的增长，无人机 目标侦查与打击[4_5]等领域。
一种用于无人机视觉组合导航测试的半实物仿真系统[发明专利]
![一种用于无人机视觉组合导航测试的半实物仿真系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/fa81e038a9114431b90d6c85ec3a87c240288ae1.png)
专利名称：一种用于无人机视觉组合导航测试的半实物仿真系统
专利类型：发明专利
发明人：沈英,李非,吴衔誉,黄峰,林忠麟,杨鹏飞,谢钰
申请号：CN202011316484.2
申请日：20201120
公开号：CN112631145B
公开日：
20220517
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种用于无人机视觉组合导航测试的半实物仿真系统，上位机光照场景设置模块用于控制实验设置系统模拟昼夜光照条件和显示实验场景，运动控制模块用于生成运动和轨迹信息并转换为控制指令，通过总线运动控制器发送给运动模拟系统，以模拟无人机实际飞行中位置及姿态角的变化。
视觉组合导航测试系统用于采集信息并解算无人机模拟运动的实时位置、速度和姿态。
半实物仿真系统通过对比视觉组合导航算法解算的位置、速度和姿态和运动模拟系统输出的位置、速度和姿态，评估待测算法。
本发明提供了真实的光照及场景模拟，精度高，实时性强，能够广泛应用于无人机视觉组合导航测试领域。
申请人：福州大学
地址：350108 福建省福州市闽侯县福州大学城乌龙江北大道2号福州大学
国籍：CN
更多信息请下载全文后查看。
无人机飞控系统半实物仿真测试平台的设计与实现
理和任务设备管理等功能遥它由计算机板尧A/D 与 D/A 板尧信号处理板尧回收板尧卫星定位信号接收 板和机箱组成袁作为测量设备的气压高度传感器 和动压传感器也装在机箱里遥 伺服设备由升降舵 机尧左副翼舵机尧右副翼舵机尧左方向舵机尧右方 向舵机尧风门调节器和风道调节器等七个部件组 成袁为了便于使用与维护袁这七个部件为同一型 号的电动舵机遥 舵机主要由机箱尧电动机尧减速 箱尧电位器尧控制及功放电路等组成遥 当控制信号
圆园19 年第 3 期 第 21 卷 总第 156 期
DOI: 10.12152/j.issn.167ຫໍສະໝຸດ -2868.2019.03.013
巢湖学院学报 允燥怎则灶葬造 of 悦澡葬燥澡怎 University
晕燥援3熏圆园19 灾燥造援21 郧藻灶藻则葬造 杂藻则蚤葬造 晕燥援156
无人机飞控系统半实物仿真测试平台的设计与实现
0 引言 无人机航空电子设备包括机载计算机尧伺服
设备尧机载测量设备尧供电设备和飞机电缆等遥 机 载计算机是通用无人机航空电子系统的核心部 件袁是飞行器的控制与管理核心遥 它不仅完成飞 行器的稳定及控制袁还要把机载电子设备统一管 理和调度袁达到资源共享和信息集成与融合,实现 飞行控制律解算尧飞行控制尧飞行状态采集尧传感 器管理尧导航管理尧飞行状态管理尧无线电链路管
收稿日期院2019-04-10 基金项目院安徽三联学院校级科研项目渊项目编号院KJZD2018003尧KJZD2019002尧KJYB2019003冤 作者简介院陆文骏渊1979-冤袁男袁上海人袁安徽三联学院电子电气工程学院讲师袁主要从事电子信息工程技术研究遥
LU Wen-jun 渊Department of Electronic and Electrical Engineering, Anhui Sanlian University, Hefei Anhui 230601冤 Abstract: Flight control system is the integrated command center and core component of UAV system. Aiming at the problem of poor accuracy and low efficiency in field measurement of parameters of flight control system, com鄄 bined with the configuration of flight attitude angle sensor -vertical gyroscope, hardware -in -the -loop simulation technology and integrated automatic test method are adopted. The hardware-in-the-loop simulation test platform of UAV flight control system is composed of a miniaturized UAV attitude calibration platform with low cost and high precision and test device of controlpiston deflexion angle is designed. The main controller is used instead of the main ground control station of UAV to send remote control instructions directly to the aircraft. By changing the atti鄄 tude of the aircraft, the voltage of control signal, feedback signal and rudder angle are measured, and the compre鄄 hensive performance test of flight control system parameters is realized. The performance test of the platform shows that it can meet the test requirements of angle position, system voltage and controlpiston deflexion angle. Key words: UAV; flight control system; calibration station of flight attitude; test device of controlpiston deflexion angle
基于半实装的无人直升机训练系统实现
2 系统关键技术
2.1 飞行控制软件设计
飞控计算机硬件采用开源飞控Pixhawk 。
Pixhawk 是一款高性能自动驾驶仪，适用于固定翼、多旋翼、直升机、模型汽车、模型船等其他可移动的自动机械平台。
飞控软件采用直升机模型固件Arduino Copter ，该固件可加载到Pixhawk 硬件平台中。
2.1.1 飞行模式调用和增添
为保证训练飞行平台与某型无人直升机的典型
图1 训练飞行平台原理框图
图2 地面控制站原理框图
飞行模态一致，将某型无人直升机飞行控制功能与Arduino Copter 固件飞控功能进行对比，得出需要增加或修改的控制模态有：
（1）增加发动机工作状态控制；（2）增加部分飞行模式； （3）增加复原功能；
（4）以固件中指引模式为基础修改增加航线功能；
（5）以固件中航点任务、游荡模式为基础增加遥调模式；
图3 训练飞行平台硬件
图4 地面控制站
4 结束语
本无人直升机训练系统能够训练指挥控制人员进行起飞、着陆、近场悬停机动、自动航线飞行等基本飞行模态控制操作及图像侦查控制操作。
实装地面站可以在某型无人直升机控制模式和训练控制模式间便捷切换，配合实物训练飞行平台的应用，从操作流程、操作界面及使用视角等各方面给地面指挥控制人员带来完全真实的训练操作体验。
通过该训练系统，可以快速提高无人直升机指挥控制人员的操作技术水平，并可很大程度降低无人直升机损毁造成的经济损失。
参考文献
Realization on Training System for Unmanned Helicopter based Abstract: In。
无人机飞行控制半物理仿真系统设计
无人机飞行控制半物理仿真系统设计
吕旸;万小朋
【期刊名称】《航空工程进展》
【年(卷),期】2011(002)004
【摘要】飞控计算机应用到无人机上之前，需要对其进行较为全面的仿真测试。
本文设计了对飞控计算机进行全面测试的飞行控制半物理仿真系统。
选用RTLinux 作为操作系统，使用MATLAB Simulink建立某型无人机飞控系统仿真模型，采用RTW（Real Time Workshop）工具，自动生成优化的嵌入式实时仿真代码，在线调整模型参数并监视仿真数据。
大量仿真试验表明：该方法能够较大程度地提高仿真代码的效率和可靠性，降低仿真软件的开发工作量，缩短开发周期，提高仿真软件的质量和仿真系统的性能，是一种值得推广的方法。
【总页数】6页(P470-475)
【作者】吕旸;万小朋
【作者单位】西北工业大学航空学院,西安710072;西北工业大学航空学院,西安710072
【正文语种】中文
【中图分类】TP39;V249
【相关文献】
1.分布式飞行控制半物理仿真系统设计 [J], 张晓敏;李俨;赵凯瑞
2.多旋翼无人机飞行控制系统设计研究 [J], 张建学
3.一种基于Qsys的双IP核无人机飞行控制系统设计与实现 [J], 张坤; 毕方鸿; 李克丽; 梁颖; 杨军
4.基于STM32的无人机飞行控制系统设计 [J], 肖远鹏
5.无人机飞行控制半实物仿真系统设计与实现 [J], 吕永玺;屈晓波;史静平
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
某无人机飞控系统半实物仿真平台设计
２０１２年７月１日第３５卷第１３期现代电子技术Ｍｏｄｅｒｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ＴｅｃｈｎｉｑｕｅＪｕｌ．２０１２Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．１３某无人机飞控系统半实物仿真平台设计薛 鹏，肖前贵，高艳辉（南京航空航天大学自动化学院，江苏南京 ２１００１６）摘 要：介绍了某型无人机飞控系统半实物仿真平台的总体功能，阐述了该平台的硬件选型原则、选型方案、基本功能及自制部件的设计过程，对各分系统仿真软件设计框架进行了描述。
最后，通过实际仿真对平台的设计功能进行了验证。
该平台也可用于对无人机飞行品质的仿真评估，以及无人机指挥操控人员的日常模拟训练。
关键词：无人机；飞行控制系统；半实物仿真；传感器仿真中图分类号：ＴＮ９１１．７－３４；ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４－３７３Ｘ（２０１２）１３－０１１１－０４Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｈａｒｄｗａｒｅ－ｉｎ－ｔｈｅ－ｌｏｏｐ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｏｒ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ＵＡＶ ｆｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍＸＵＥ Ｐｅｎｇ，ＸＩＡＯ Ｑｉａｎ－ｇｕｉ，ＧＡＯ Ｙａｎ－ｈｕｉ（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｈａｒｄｗａｒｅ－ｉｎ－ｔｈｅ－ｌｏｏｐ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｏｆ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ＵＡＶ ｆｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｉｌｌｕｓ－ｔｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｏｆ ｓｅｌｆ－ｍａｄｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ａｎｄ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｏｆ ｓｕｂ－ｓｙｓｔｅｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｗｅｒｅａｃｈｉｅｖｅｄ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｃａｎ ａｌｓｏ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｓｓｅｓｓ ｔｈｅ ＵＡＶ ｆｌｉｇｈｔ ｑｕａｌｉｔｙａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｒｏｕｔｉｎｅ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｆｏｒ ＵＡＶ ｏｐｅｒａｔｏｒｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＵＡＶ；ｆｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｈａｒｄｗａｒｅ－ｉｎ－ｌｏｏｐ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｓｅｎｓｏｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ收稿日期：２０１２－０２－２２０ 引 言无人机作为模拟飞机类来袭目标，可为防空武器系统的火控雷达校飞、射击等任务提供空中靶标，是武器系统研制、鉴定过程中必不可少的装备［１］。
旋翼无人机航迹控制半实物仿真系统设计
第36卷第3期计算机仿真2019年3月文章编号：1006-9348(2019)03-0027-05旋翼无人机航迹控制半实物仿真系统设计蒋祎，賡俊，陈琪峰(中南大学航空航天学院，湖南长沙4丨〇〇〇6)摘要:研究旋翼无人机控制半实物仿真的问题，将旋翼无人机飞控接入仿真计算机，遥控器控制或设置自主飞行模拟户外实 验时旋翼无人机飞行性能，但是目前较少考虑旋翼无人机个体具体参数结合航迹仿真。
针对小型旋翼无人机从起飞到降落 过程中的关键动力学和运动学问题，建立了无人机运动过程中的六自由度动力学模型和运动学模型,构造了小型旋翼无人 机半实物仿真框架。
结合小型旋翼无人机飞行环境因素和无人机GPS信息等传感器信息模拟，对小型旋翼无人机建立了基 于JMAVSim的可视化半实物仿真模型。
实验通过地面站预先设置小型旋翼无人机航迹，设置无人机自主飞行，对比小型旋 翼无人机半实物仿真航迹，两者高度吻合。
上述旋翼无人机半实物仿真系统使用真实飞行源码，结合地面站QGroimdControl 提供的仿真模型，与真实飞行高度相似，具有操作便捷，适用性广的特点。
关键词:小型旋翼无人机;可视化;半实物仿真;航迹中图分类号:VII文献标识码:BHardware -i n -L oop Simulation System for Small RotorUAV Based on JMAVSimJIANG Y i，LIAO Jun，CHEN Qi-feng(School of Aeronautics and Astronautics,Central South University,Changsha Hunan410006, China) ABSTRACT：Research hardware-in-loop simulation of rotor UAV control problem,access flight control unit to the simulation computer,the remote control or set up autonomous flight simulation of outdoor experiment rotor UAV flight performance.But at present,the specific parameters of the rotor uav are combined with the flight trace simulation.Focusing on the key dynamics and kinematics problems of the small rotor unmanned aerial vehicle from takeoff to land,the detail six degrees of freedom dynamics model and kinematics model in view of the motion process of the small rotor unmanned aerial vehicle were built in this article.The simulation framework of the small rotor unmanned aerial vehicle was constructed.In addition,a visual semi-physical simulation model based on JMAVSim was established for the small rotor unmanned aerial vehicle based on the flight environment factor and sensor information simulation such as GPS information.By preseting the track of the small rotor unmanned aerial vehicle in the ground sta-tion,the experiment set up the UAV autonomous flight.Contrast of the small rotor unmanned aerial vehicle simulation track shows that they are highly bining the real flying source code with the ground the simulation model of station QGroundControl,the hardware-in-the-loop simulation is similar to the real flight altitude,and it has the characteristics of convenient operation and wide applicability.KEYWORDS：Small rotor U A V；Visualization；Hardware-in-loop simulation；Flight pathl引言无人机由于其具有隐蔽性好、造价低廉、起降灵活、不惧 伤亡等优点[|]受到各领域的广泛关注,在无人机的研究开发 过程中，需要对无人机的飞行性能和品质进行全面的判断和基金项目：中南大学科研创新项目小型无人机编队平台研究(1053320171290)收稿日期:2017-12-11修回日期:20丨8-01-02调整，为了节省无人机实验成本，得到较为准确的无人机飞 行品质，可对无人机进行半实物仿真。
某型无人直升机飞行控制系统半实物仿真
某型无人直升机飞行控制系统半实物仿真高鹏飞;郑云龙【期刊名称】《兵工自动化》【年(卷),期】2017(036)006【摘要】Aiming at the actual demand of the performance ground test ofunmanned helicopter flight control system, research and design simulation platform for flight control performance test. Taking certain type "Single rotor coaxial fan" unmanned helicopter as example, gives the real-time working process of semi-physical simulation platform, establish math model according to dynamic knowledge, discuss design scheme, verify the platform function by hovering status simulation. The result show that the platform can similarly simulate the operating environment, verify the logic function and quality of the flight control system.%针对无人直升机飞控系统性能地面测试的实际需求,研究设计测试飞控系统性能优劣的仿真平台.以某型"单旋翼风扇共轴"式无人直升机为对象,给出半实物仿真平台实时工作流程,依据动力学知识进行数学建模,论述了设计方案等内容,通过悬停状态仿真对平台功能进行验证.结果表明:该平台可近似模拟飞控系统的运行环境,有效验证飞控系统的逻辑功能与品质.【总页数】4页(P90-92,96)【作者】高鹏飞;郑云龙【作者单位】南京航空航天大学自动化学院,南京 210016;中国人民解放军61330部队,河南新乡 453000【正文语种】中文【中图分类】TP391.92【相关文献】1.微型无人直升机飞控系统的设计及其半实物仿真 [J], 陈青松;韩波;李平;陈安宁;宋浩2.某型无人机半实物仿真系统设计与实现 [J], 姜杨;魏再民3.无人直升机QFT控制及基于RTX的半实物仿真 [J], 贾秋玲;韩圣洁;张福凯4.某型无人机的半实物仿真训练系统设计 [J], 王宏新;刘长亮;成坚;鲍传美5.某型自转旋翼无人机半实物仿真系统 [J], 王德爽;李刚;杨宁因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
无人直升机飞控半物理仿真系统设计
122 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering计算机技术应用• the Application of Computer Technology【关键词】无人直升机 飞控 功能转换 故障模拟 半物理仿真飞行控制技术在航空航天航海等军事领域中起着至关重要的作用。
为了研究飞行控 制的新方法、新概念和新技术,需要提供一个实时仿真环境来对这些新方法、新概念、新技术进行评价和仿真验证。
美国的普林斯顿大学、MIT 等院校建有先进水平的飞行控制实时仿真实验室，承担教学工作，也承接军方的大量研究工作，进行新方法研究与验证。
我国某些院校为了教学和科研的需要，也相继建设了飞行控制仿真实验系统。
仿真系统根据所采用的模型划分，可以将其分为数学仿真和实物仿真两大类。
在数学仿真中，几乎系统内的所有部件全部采用数学模型；实物仿真分为全实物和半实物仿真，是将系统实物全部或部分地引入仿真回路。
实物仿真较之数学仿真能更全面的反映实际工程情况，和实际系统更加贴近，因此实物仿真在现实生活中的应用十分广泛。
由于现实条件的约束，实际应用中一般采用部分模型、部分实物的仿真，称之为半实物仿真，也叫半物理仿真。
在本课题的研究中，设计的就是半物理仿真，将无人直升机模型加载到仿真系统中，而飞控计算机、姿态陀螺、角速率陀螺等采用实物，从而比较全面地对飞行控制律以及飞控参数进行仿真测试。
1 半物理仿真系统的组成半物理仿真系统可以分为三个部分：主仿真系统、飞控系统以及转台，如图1所示。
主仿真系统是本课题的主要工作部分，转台系统接收到主仿真系统(实际为无人直升机模型)发送过来的姿态信号，再将实际陀螺采集的姿态信号发送给飞控计算机进行解算。
主仿真系统通过总线将各种飞控计算机所需的信号发送至飞控计算机进行循环运算。
2 半物理仿真系统设计2.1 半物理仿真系统硬件设计无人直升机飞控半物理仿真系统设计文/黄贤开主仿真系统(包括仿真计算机硬件和仿真系统软件)主要是用来对部分传感器(如大气计算机、GPS 、无线电高度等)进行仿真和无人直升机模型的嵌入，仿真计算机是需要对这些传感器进行模拟，因此对于正确性、可靠性、实时性等要求较高。
基于FlightGear的四旋翼无人机半实物仿真系统
图2编辑器JSBSimCommander 界面为提高无人机系统的开发效率，本文设计并开发了一种四旋翼无人机半实物仿真系统，系统实现了仿真软件和机载控制器实物的无缝数据交换功能，可以通过修改控制器程序快捷地进行各种飞行控制算法测试和分析，并且具备较逼真的可视化仿真功能。
1半实物仿真系统总体结构1．1FlightGear 介绍FlightGear 是一款著名的跨平台开源飞行模拟软件，不仅以其强大真实的飞行仿真功能吸引了众多的飞行模拟爱好者，而且其具有开放式的程序构架和预留的外部数据输入／输出接口，因此赢得了专业用户的青睐，成为众多科研机构的飞行仿真可视化引擎。
Wales 大学则在飞控系统仿真中，利用Flightgear 软件实现了可化仿真环境；Illinois 大学将其用于飞行器飞行结冰过程的仿真可视化研究。
1．2仿真系统架构半实物仿真系统主要由无人机仿真模型、飞行控制器和视景仿真显示等部分组成。
按照模块化思路对系统的各部分进行设计，总体结构如图1所示。
图1无人机飞行仿真系统结构在该结构中，无人机的运动仿真由两部分实现：一是利用JSBsim 和AC3D 建立四旋翼无人机的仿真模型；二是利用FlightGear 和通信显示程序实现系统。
其中飞行控制器根据飞行器航姿和地面站控制指令输出相关计算结果通过通信网络传送到视景显示程序，从而驱动仿真模型实现动态视景飞行显示。
系统中飞行控制部分采用真实的四旋翼无人机控制器来实现，通过修改控制器代码改变传感器数据来源和屏蔽电机输出，同时保留飞行控制部分程序不变，从而通过与仿真模型的交互真实反映出无人机的实际程序控制和参数调整效果。
视景显示部分则通过流行的飞行模拟软件FlightGear 来实现，由于采用UDP 网络协议，能够满足大规模数据传送的实时性。
2半实物仿真系统的实现2．1飞行动力学模型的构建飞行动力学模型（FDM ）是由一组计算飞机物理学特性的方程联合起来，通过输入输出参数计算，从而控制飞机运作的物理模型，比如下降、启动、前行和后退等不同动作。
一种小型无人机半物理仿真系统实现
= cosγc ·sinγg
-
sin
γ c
·co
sγg
,
则有以下几种偏
转情形 (Δ为偏转角度 )
1) M > 0,γc →γg 要进行逆时针旋转 ,
Δ=
γ g
-
γ c
当
γ g
>γc 时
360
°-
γ c
+
γ g
当
γ g
>γc 时
2) M < 0,γc →γg 要进行顺时针旋转 ,
Δ=
-
(γc
趋于零 ,而且在航向偏转过程中要求飞机能够以最小角度达
到给定值 。但在实际软件编写过程中 , 考虑到航向角 0 ～
360°变化氛围 ,直接对给定航向角和测量航向角求差 , 会存
在偏差较大情形
(Δ =γg
-
γ c
= 5°-
348°=
-
343°) 。
图 2 基于向量积的航向控制方法
针对以上情况 , 提出一种基于向量积的航向控制方法 。
1 引言
飞行控制系统是小型无人机安全飞行 、有效完成任务的 重要保证 ,为确保控制软件的可靠性 ,需要建立相应仿真系 统对其进行验证 。
目前无人机飞行控制仿真主要包括数字仿真和半物理 仿真 。半物理仿真将系统部分实物引入仿真回路 ,尽可能真 实模拟现场情况 ,较数字仿真更能有效验证飞行控制系统的 可靠性 ,尤其在初期试飞调参及后期控制策略改进阶段 ,应 用广泛 [1 ] 。
三轴转台通过接收无人机模型计算机解算的姿态信息 , 由驱动板卡驱动后 ,在实验室条件下模拟无人机在空中做三 自由度转动 ,同时通过安装在其上面的姿态传感器进行感 知 ,向飞行控制器提供姿态信号 。主要用以验证传感器的实 际性能 。
十字翼布局无人机半实物仿真系统设计
仿真软件。通过对十字翼布局无人机飞行控制系统半实物仿真结果的分析和研究，验证了 PID 控制律能有效地控制十字翼
布局无人机悬停阶段的姿态角和高度。结果表明仿真系统为自动驾驶仪的测试评估提供了平台和依据。
关键词：十字翼布局无人机；半实物仿真；飞行控制系统；PID 控制律
中图分类号：TN97⁃34；TP391.9
and research of hardware in the loop simulation results of cruciform UAV flight control system，the PID control law is proved to
be effective in controlling the attitude angle and height of cruciform UAV in hovering flight. The result shows that the system can
传到仿真计算机。如图 4 所示，
仿真计算机通过串口通信
将控制信号传输到发射接收模块，控制信号通过 2.4 GHz
GPS、线加速度计等较难采用物理的方式连到系统中，
无线通信模块传递到转台伺服控制系统。伺服放大器
一个闭环系统。
动电流和 PWM 功率放大器构成电流反馈，以改善步进
只能通过仿真计算机进行数字仿真，整个仿真系统构成
舵面对称分布于十字翼的底部，可以通过四个对称舵面
的任意组合在空中灵活飞行 [1⁃2]。其控制系统在控制模
式、系统设计、控制方法和控制对象等方面发生了巨大
变化，对飞行控制律方面提出了新的要求。现有的飞行
控制律设计方法，难以满足该类型无人机对稳定性、鲁
棒性和性能指标等方面的要求，需综合考虑气动布局、
基于半实物仿真平台的通用无人机系统模拟器设计
软件工程 SOFTWARE ENGINEERING 第24卷第6期2021年6月V ol.24 No.6Jun. 2021文章编号：2096-1472(2021)-06-57-05DOI:10.19644/ki.issn2096-1472.2021.06.014基于半实物仿真平台的通用无人机系统模拟器设计倪怡涛1，李俊杰2，李晓明1(1.浙江理工大学机械与自动控制学院，浙江 杭州 310018；2.北京航天测控技术有限公司，北京 100043)****************;********************;****************.cn摘 要：无人机本身是一个复杂的机电系统，是机械、电子、通讯、控制、信息等技术的高度融合体，如何模拟无人机单元是这些系统开发的一个重要课题。
本文提出了基于通用半实物仿真平台的无人机模拟方案，与传统的数学模型或数据驱动模型方案相比，该模拟方案更接近真实系统，更容易模拟各种故障，同时也更容易与真实系统进行替换，方便系统整体的开发、测试与运行。
提出的模拟器方案基于单元模拟，通过对无人机系统内各个单元的数据交互和通讯协议进行抽象，以真实的接口实现单元之间的数据交互，将无人机飞行模型仿真单元嵌入系统中，实现最大程度接近真机的模拟。
测试表明，该模拟方案不但可以用于总体系统的开发和调试，而且对无人机自身的研制、测试等起到了关键作用。
关键词：无人机系统；组件；仿真；通讯中图分类号：TP311.5 文献标识码：ADesign of Universal UA V System Simulator based onSemi-physical Simulation PlatformNI Yitao 1, LI Junjie 2, LI Xiaoming 1(1.Faculty of Mechanical Engineering and Automation , Zhejiang Sci -Tech University , Hangzhou 310018, China ;2.Beijing Aerospace T&C Technology Co . LTD ., Beijing 100043, China )****************;********************;****************.cnAbstract: Unmanned Aerial Vehicle (UA V), a complex electromechanical system, is a high integration of machinery, electronics, communication, control, information and other technologies. How to simulate the UA V unit is an important topic in developing these systems. This paper proposes a UA V simulation solution based on semi-physical simulation platform. Compared with traditional mathematical model or data-driven model program, the simulation solution is closer to the real system, easier to simulate various faults, and easier to match the real system. The system facilitates the overall development, testing and operation of the system. The unit-based simulator solution proposed realizes data interaction between units by abstracting data interaction and communication protocol of each unit in the UA V system with a real interface. UA V flight model simulation unit is embedded in the system to realize the simulation as close as possible to the real machine. Tests show that the simulation solution proposed can not only be used for development and debugging of the overall system, but also play a key role in the development and testing of the UA V itself.Keywords: UA V system; component; simulation; communication1 引言(Introduction)无人机已广泛应用于航空、航天、测控和勘探等领域，其开发测试技术和流程越来越精细和复杂，无人机系统的仿真模拟技术应运而生。
某型自转旋翼无人机半实物仿真系统
（ Ｎｏ ． １ １ Ｇｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｄｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｙ ｏ ｆ Ａ ｅ ｒ ｏ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ａｅ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ７ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｉ ｍｉ ｎ ｇ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｔ ｙ ｐ ｅ ａ ｕ ｔ ｏ — ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ ＵＡＶ ｌｉ ｆ ｇ ｈ ｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ， ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｓ ｅ ｍｉ － ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ．
Ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｍｉ － ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｃ ｏ ｎｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ｏ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ，ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｈ ａ ｒ ｄ ｗａ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｔｗａ ｆ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ， ｔ ｈ ｅ ｎ ｃ ａ ｒ ｒ ｙ ｏ ｕ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｍｉ － ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ａ ｎ
摘 要 ：针 对 某型 自转旋 翼 无人 机 飞行控 制 ，设 计 一种 半 实物仿 真 系统 。介 绍半 实物仿 真 系统 功 能及 组成 、平 台 总体 设 计 ，详 细论 述 系统硬 件 、软 件设 计 ， 并对 系统 进行 仿真 试验 。结 果表 明 ，该半 实物仿 真 系统 能真 实地 模 拟 自
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ｅ ｃｅ ｙｏ ｅ ｅ ｕ ｐ ｅ ｅ ｃ ．ｔ ｓｉ ｉ ｆ ｉｎｃ ｆｔ ｑ ｉ ｍ ｎｔｔａ ｈＩ ｍｐｏｔ ｔｆｒｔ ｅｈｉｈ ｔｃ ｎｉａ ｑ ｐｍｅ ｏｔａ ｓｏ ｍ ｎ ｏｂ ｕｌ ｆ ｃ ｉｅ ｅ ｓ ｈ ｉ ｒａｎ ｏ ｈ ｅ ｈ ｃ ｌ ｕｉ ｇ ｅ ｎｔ ｒ ｎ ｔｒ ｉｔ ａ ｅｅ ｅ ｔｖ ｎ ｓ ． ｔ
Ｓ ｓｅ ｓｇ ｆｓ ｍ ｉｐｈ ｓｃ ｌｓｍｕ ａ ｉ ｎ ｔ ａ ｎ ｎ ｙ ｔ ｍ ｆＵＡＶ ｅ ｏ ｒ ｆ ｙ ｔ ｍ ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｅ － ｙ ｉ ａ ｉ ｌ ｔｏ ｒ ｉ ｉ ｇ ｓ ｓ ｅ ｏ ａ ｒ ｃａｔ
ＷＡＮＧ ｎ — ｉ Ｈｏ ｇ ｘｎ，Ｌ Ｕ Ｃ ａ ｇｌ ｎ ＣＨＥＮ Ｊａ Ｉ ｈ ｎ －ｉ ｇ， ａ Ｇ ｉｎ，Ｂ ｈ ａ — ｉ ＡＯ Ｃ ｕ ｎ ｍｅ
第 １ ９卷 第 ４期
Ｖｏ ．９ １１ Ｎｏ４ ．
电子 设 计 工 程
Ｅｌｃ ｒ ｎ ｃ Ｄｅ ｉｎ Ｅｎｇｎ ｅ ｉ ｇ ｅ ｔｏ ｉ ｓｇ ｉ ｅ ｒｎ
２ １ 年 ２月 ０１
Ｆｅ ２ １ ｂ． ０１
某型无人机 的 半实物仿真 训练 系统设计
王 宏 新 ， 长 亮 ，成 坚 ， 传 关 刘 鲍
技 术装 备 形 成 战 斗 力 具 有 重要 意 义 关键 词 ：无人 机 ：飞行 器 ：半 实物 仿 真 ：训 练 系统 中 图分 类 号 ： Ｐ ９ ． ｒ ３ １９ 文 献 标识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ７ — ２ ６ 加 ｌ ）４ ０ ２ — ４ ６４ ６ ３ （ １０ — ０ ４ｏ
察 。 实践 证 明 ， 助计 算机 控 制和 ３ 借 Ｄ仿 真 技 术 ， 解剖 的 实物 相 结 合 ， 以使 飞 行 器 内部 的 传 感 器 、 号 流程 、 作 与 可 信 动 执行 以及 飞 行 姿 态 均 可得 到 良好 的展 现 。该 基 于半 实物 的仿 真 训 练 系统 可 大 大提 高装 备 教 学 的 能 力 和 效 率 。 高新 对
（ ｃ ａ ｏｅｅ ｔｉａ ｅ ｃ ｉｇＲｏ ｍ，Ｕ ｐａｔ ｎ ， ｈ ｎ Ｍｅｈ ｎｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙＡｃｄ ｍｙ，Ｗｕ ａ ３ ０ ５，Ｃ ｉａ Ｍｅ ｈｎ —ｌｃｒ ｌＴ ａ ｈｎ ｃ ｏ ＡＶ Ｄｅ ｒｍｅ ｔ Ｗｕ ａ ｃ ａ ｉａ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｌ ａｅ ｈ ｎ４ ０ ７ ｈｎ ）
（ 汉 军械 士 官 学校 无人 机 系 机 电教 研 室 ， 北 武 汉 ４ ０７ ） 武 湖 ３ ０ ５ 摘要 ：针 对 无人 机 飞 行 器 寿命 有 限 ， 允许 因训 练 而 过 多使 用 的 问题 ， 计 了某 型 无 人 机 半 实 物仿 真训 练 系统 ， 无 不 设 对 人机 机 体 内外 构 造 和 内部 设备 进 行 展 示 。 用 飞 行 器 解剖 与 电子技 术仿 真 ． 半 实物 的 形 式使 系 统运 行 起 来 ． 于观 采 以 便