无人机数字仿真平台的设计与实现.pdf

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1、第36卷第1期指挥控制与仿真Vol_36No．12014年2月CommandControl&SimulationFeb．2014文章编号：1673—3819(2014)O1—0104．07无人机数字仿真平台的设计与实现高艳辉，肖前贵，徐义华，胡寿松(1．南京航空航天大学，江苏南京210016；2．空军驻江苏地区军事代表室，江苏南京210016)摘要：针对飞控系统的快速设计、测试和验证需求，在Matlab／Simulink环境下构建了无人机数字仿真平台。该平台基于层次化、模块化思想，采用商用Simulink工具箱经用户定制设

2、计而成。建立了仿真平台的通用框架和六自由度非线性全耦合运动学方程，考虑了重心变化、环境状况以及传感器与执行机构特性等实际情况，基于Stateflow与Simulink一体化设计了多模态飞控系统，实现了无人机全过程飞行仿真和稳态飞行仿真。仿真结果表明，该平台具有良好的逼真度，能够较真实地模拟实际飞行过程。关键词：无人机；飞控系统；仿真；Simulink中图分类号：V279；E917文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1673-3819．2014．01．023DesignandImplementationofD

3、igitalSimulationPlatformforUAVGAOYan—hui，XIAOQian—gui，xuYi-hua，HUShou—song(1．NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016；2．OfficeofAirForceMilitaryAffairsDelegateforJiangsuArea，Nanjing210016，China)Abstract：Aimmingatrapidlyanalyzingandv~idatingfligh

4、tcontrolsystem，adigitalsimulationplatformforUnmannedAerialVehicle(UAV)isdevelopedinMATLAB／Simulink．Withtheprinciplesofhierarchyandmodularity，theplatformisconstructedbyusingacommercialSimulinktoolboxesandacustom—designedsimulation．Itestablishacommonframeofthesimula

5、tionplatformandthe6-DOF(sixdegreesoffreedom)nonlinearfullycoupledequationsofmotion，theactualsituationisconsidered，includingthecenterofgravitychange，environmentalconditionsandcharacteristicsofsensorsandactuators，etc．BasedonIntegratingSimulinkwithStateflow，multi·mod

6、eflightcontrolsystemwasdesigned，aentireflightandsteadystateflightsimulationwereachieved．Comparedwithflighttest，theplatformhasgoodfidelity，simulatingrealflightwel1．Keywords：UAV；flightcontrolsystem；simulation；Simulink随着无人机的迅速发展，无人机的用途和种类越Simulink建立了数字仿真平台，侧重于控制律的验证，

7、来越广，其研制任务变得Et益繁重，要求研制周期越来缺乏对控制策略、飞行模态的全面验证。越短。飞行控制系统作为无人机的核心系统，其研制由于Matlab／Simulink具有高度灵活性、易于定制工作对确保整个无人机研制任务的按时顺利完成非常的特点，且其商用Simulink工具箱(AeroSim重要。而仿真技术已经成为飞行控制系统分析、设计Blockset、FlightDynamicandControl(FDC)和开发过程的一个重要部分。高逼真度的通用飞行仿Blockset)在航空工业界被广泛使用、可信度高，因真平台可以明显减少

8、飞行控制系统研发的时问，降低此，本文选择在Matlab／Simulink环境下构建无人机数其成本和风险。字仿真平台。该平台采用层次化、模块化的思想设计，典型无人机仿真环境集中在无人机系统的某个方后续设计的不同飞行模态、自主算法、控制策略很容易面，例如飞行器动力学、控制算法、航路规划或协同控增加、替换或更