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1、2014年12月宇航计测技术Dec.,2014第34卷第6期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementVol.34,No.6＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝文章编号:1000-7202(2014)06-0042-03中图分类号:V249文献标识码:A某型无人机半实物仿真系统设计与实现12姜杨魏再民(1.中国人民解放军92419部队,兴城125106;2.中国人民解放军91202部队,葫芦岛125000)摘要针对无人机系统的研发和试验需要,设计研制了无人机半实物仿真系统
2、。仿真系统采用传感器仿真和动力学/运动学建模,实现了对无人机系统的总体设计,验证了飞行控制软件的可靠性和控制率的正确性。关键词无人机仿真建模DesignandRealizationoftheHard鄄wareinLoopSimulationSystemofaUAV12JIANGYangWEIZai—min(1.92419UnitofPLA,Xingcheng125106;2.91202UnitofPLA,Huludao125000)AbstractThehard—Wareinloopsimulationsystemisdesignedtomeettherequiremen
3、tsofthede—velopmentandexperimentofaUAVsystem.Thedynamicandkinematicsmodelhasbeenconstructedandsensorshavebeenusedinthesimulation.ThegeneraldesignoftheUAVhasbeenrealizedandthereliabilityoftheflightcontrolsoftWareandthevalidityofthecontrollaWhavebeentested.KeywordsUAVSimulationModelconstruc
4、tion1引言以工控机和其扩展模块(主要包括滤波板和信号调理板)为基础,在减少系统的质量和体积的情况下,提高无人机半实物仿真是在地面条件下,尽量真实该系统的综合功能。仿真系统结构如图1。模拟飞行控制系统各环节的工作情况,并将真实飞飞控器从仿真计算机接收导航数据进行控制率控器接入系统,进一步验证控制软件的可靠性和控解算,解算出的控制信号输出变频器和信号放大器制率的正确性,对飞行中的故障进行复现和排除。驱动升降舵机和副翼舵机运动。舵机的输出信号经同时,任何控制功能的局部修改,通过仿真验证,可A/D采集后,传输给仿真计算机,并以此作为无人极大限度的降低试飞风险,对于无人机系统的
5、设计、机动力学模型的输入信号,模拟出无人机的响应过评估具有很高的实用价值。程并计算无人机在当前状态下的姿态数据,仿真计算机将这些数据经D/A,RS232和RS485串口传给飞控器,构成闭环的半实物仿真系统。根据装订的2系统总体设计航路数据实现全航迹飞行仿真验证。滤波板主要由A/D转换器和逻辑控制电压、程2.1硬件设计控增益放大器、多通道切换开关、抗混叠低通滤波仿真系统的硬件设计重点在于采用集成化设计,收稿日期:2014-04-27,修回日期:2014-07-14作者简介:姜杨(1982-),男,工程师,主要研究方向:无人机应用研究。第6期某型无人机半实物仿真系统设计与实现
6、·43·速度向量对时间的变化率为dVdVI=I+ω×V(3)dvdtdtV,ω和ΣF用机体轴上的分量表示,可得出线性运动(重心运动)方程为ìêΣFx=m(Vx+Vzωy-Vyωz)êíΣFy=m(Vy+Vxωz-Vzωx)(4)êêîΣF=m(V+Vω-Vω)zzyzxy式中,ω,ω和ω———分别表示无人机在坐标系中xyz绕三个轴向旋转的角速度;V,V和V———分别表xyz示坐标系下的速度分量。图1仿真系统结构图依据式(2),可推导出动量矩分量为器、采样/保持器、前置通道放大器等部分组成。前ìêHx=ωxIx-ωyIxyê置通道放大器可将测量信号放大到高电平后再进行íHy
7、=ωyIy-ωxIxy(5)êê滤波处理,既可提高系统的抗干扰能力,还能起隔离îHz=ωzIz缓冲作用。式中:Hx,Hy和Hz———分别表示三个轴的动量矩分信号调理板主要包括开关量和模拟信号的输量;Ix,Iy和Iz———分别表示无人机绕三个轴的转动入/输出、RS232/485串口等。飞控器的模拟量都采惯性积。用双极性输入方式,电压为±15V,而A/D,D/A模块式(4)可写成模拟量的最大范围为±10V,因此需要用光耦隔离,dHΣM=I+ω×H(6)Hdt再进行电平转换。dH2.2软件设计I的分量是Hdt仿真软件运行在Windo
