飞行器控制系统仿真软件设计

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1、飞行器控制系统仿真软件设计DesignofSimulationSoftwareforAerocraftControlSystem工程领域：软件工程作者姓名：汪健琳指导教师：李晓红教授企业导师：程凤舟研究员天津大学软件学院二零一七年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作

2、了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要飞行控制系统是设计飞行器的关键，其控制效果优劣能在很大程度上决定了飞行器各项性能的优劣。

3、而在飞行器控制系统研制过程中，仿真技术起着重要作用，它是飞行器控制系统分析、研究和设计的有力工具。因此，研究飞行器的自动飞行控制及仿真技术具有十分重要的现实意义。本文的研究对象为采用常规气动外形的无人飞行器，通过研究飞行器受力和运动关系，建立动力学方程组，再通过坐标变换，得出对应的运动学方程组，获得飞行器的六自由度、非线性数学模型，并在此基础上设计了PID控制器。在仿真软件设计工具方面，本文采用了MATLAB仿真工具箱，通过Simulink仿真模型完成飞行器的建模，包括建立力和力矩模块、运动模块、导航模块等。仿

4、真结果表明仿真软件可以实现对飞行器飞行状态的模拟和对飞行结果进行分析，同时设计的控制律及控制参数满足飞行控制品质要求。最后基于MATLAB的VR工具箱，运用VRML构造器，搭建了飞行器的虚拟现实飞行仿真系统；将计算机三维动画技术应用于实验领域，创建出一个交互式可视化的三维环境来实现飞行器姿态仿真。通过本软件能实现按照用户需求设置飞行参数、飞行轨迹，验证设计的控制律及控制参数是否满足飞行控制品质的要求，并且能实时、直观地显示飞行效果。通过数据记录和事后分析，有助于对飞行仿真进行进一步地分析和改进。关键词：飞行器，

5、飞行控制律，虚拟现实，数据分析IABSTRACTTheflightcontrolsystemisthekeytothedesignofaircraft,anditscontrolperformanceplaysadecisiveroleintheperformanceoftheaircrafttoagreatextent.Theemulationtechnologyplaysavitalroleinthedevelopmentofaircraftcontrolsystem,anditisalsoapowerfu

6、ltoolfortheanalysis,researchanddesignoftheaircraftcontrolsystem.Therefore,thestudyontheautomaticflightcontrolandemulationtechnologyofaircrafthasextremelyimportantandpracticalsignificance.Thestudyobjectcoveredinthispaperistheunmannedaerialvehicleadoptingaconv

7、entionalaerodynamicconfiguration,studiestherelationshipbetweenthestressandthemovementoftheaircraft,establishesthedynamicsequations,andobtainsthecorrespondingkinematicsequationsbytransformationofcoordinatesandthengetstheSixDegreesofFreedomandnonlinearmathemat

8、icsmodelaswell,onwhichbasisthePIDcontrollerisdesigned.ThispaperadoptsMATLABemulationtoolkitintermsoftheemulationsoftwaredesigntools,andcompletesthemodelingoftheaircraftthroughSimulinksimulationm