四旋翼无人飞行器飞行控制系统半物理仿真试验系统的制作方法

本发明涉及四旋翼无人飞行器飞行控制系统的半物理仿真试验系统，特别应用于四旋翼飞行器飞行控制系统的地面模拟试验。

背景技术：

在四旋翼飞行器的研制过程中，为了要检验飞行器控制系统方案设计的正确性，提高四旋翼飞行器飞行的可靠性，减少其失控的风险，对飞行器控制系统进行地面仿真试验是非常必要的。四旋翼无人飞行器飞行控制系统的半物理仿真试验系统作为一种飞行姿态运动的模拟器，主要用于飞行控制系统的半物理仿真试验。通过半物理仿真试验，可以验证控制方案是否正确，检验控制系统的数学模型与实际部件的性能是否符合；进行故障仿真和故障对策验证；实时检验控制系统的性能，进而尽早的发现设计阶段实际系统可能存在的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种四旋翼无人飞行器飞行控制系统半物理仿真试验系统，其主要用途是：

(1)验证四旋翼飞行器姿态控制方案设计的正确性；

(2)检验四旋翼飞行器姿态控制系统的数学模型与实际部件的性能是否符合；

(3)进行四旋翼飞行器的故障仿真和故障对策验证研究；

(4)实时检验四旋翼飞行器控制系统的性能。

本发明的四旋翼无人飞行器飞行控制系统半物理仿真试验系统包括三轴转台、转台控制器和动力学仿真计算机三个部分。

所述的三轴转台为小型桌面式三轴转台，用于搭载的四旋翼无人飞行器的飞行控制系统；其控制电机为舵机或者步进电机，在进行四旋翼无人飞行器的飞行控制系统半物理模拟仿真试验之前，需要对其进行校准。

所述的转台控制器由微型处理器(DSP、单片机或者嵌入式系统等)、电机控制模块、通信模块构成，其功能为：1与动力学仿真计算机进行通信；2按照动力学仿真计算机所输出的无人机的姿态角控制三轴转台转动。

所述的动力学仿真计算机的功能为：1)依据飞行控制器输入的电机转速对四旋翼无人飞行器的姿态及运动速度进行动力学仿真计算；2)与飞行控制器及转台控制器通信，进行数据传输，将计算的四旋翼无人飞行器姿态角传输给三轴转台控制器，四旋翼无人飞行器的飞行速度传输给飞行器控制器；3)界面显示，在四旋翼无人飞行器的飞行控制系统半物理模拟仿真试验时，演示无人机的航行动画；显示无人机的姿态、速度及飞行控制器输出的电机转速数据；4)对整个试验系统进行监控，显示试验状态及试验效果。

本发明的有益效果在于：

本发明针对四旋翼飞行器研制过程中缺少飞行控制系统地面仿真试验系统的不足，设计了四旋翼无人飞行器飞行控制系统地面模拟试验的半物理仿真试验系统。本发明具有优点为：

(1)可以验证姿态控制方案的正确性；

(2)可以检验姿态控制系统的数学模型与实际部件的性能是否符合；

(3)可以进行飞行器的故障仿真和故障对策验证研究；

(4)可以实时检验四旋翼飞行器控制系统的性能。

附图说明

图1为四旋翼无人飞行器飞行控制系统半物理仿真试验系统的组成硬件示意图；

图2为四旋翼无人飞行器飞行控制系统半物理仿真试验系统的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行进一步说明：

如图1所示，本发明的四旋翼无人飞行器飞行控制系统半物理仿真试验系统由用于放置飞行控制器的三轴转台、用于控制三轴转台转动的转台控制器及用于飞行器动力学仿真的动力学仿真计算机构成。系统的工作原理图如图2所示。

飞行控制器接收动力学仿真计算机传输的x轴加速度、y轴加速度及z轴加速度，通过电子陀螺仪读取三轴转台的姿态角，结合自身的控制方案给出四个电机的转速，且将电机转速传输给动力学仿真计算机。

动力学仿真计算机接收飞行控制器传输的四个电机转速数据，通过四旋翼飞行器的动力学方程计算出四旋翼飞行器的俯仰角、横滚角、偏航角、x轴加速度、y轴加速度及z轴加速度；将俯仰角、横滚角与偏航角的数据传输给转台控制器；将x轴加速度、y轴加速度与z轴加速度传输给飞行器控制器。

转台控制器接收动力学仿真计算机传输的俯仰角、横滚角及偏航角数据，并由此控制三轴转台的转动角度。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。