风洞虚拟飞行试验的飞行控制系统及方法与流程

本发明是一种风洞虚拟飞行试验的飞行控制系统及方法，尤其涉及风洞虚拟飞行试验的飞行控制，属于风洞虚拟飞行试验领域。

背景技术：

风洞虚拟飞行试验是在国内刚刚起步的风洞试验技术，把飞行器模型安装在风洞中具有三个转动自由度的专用支撑装置上，让模型三个角位移可以自由转动或者按照飞行器的飞行要求加以实时舵面操纵控制，较为真实地模拟飞行器的机动运动过程，可同时测量飞行器气动和运动参数，检验飞行器响应和操纵控制特性，从而达到气动与运动一体化研究，探索气动与运动耦合机理的目的。试验中核心控制元件为飞行控制装置，飞行控制装置需要实现模型多舵机控制、传感器数据采集、外部指令获取、试验数据记录保存、控制律或控制程序修改等功能。

应用于风洞虚拟飞行试验的飞行控制装置可采用航模飞控计算机实现，该方案一般只能够完成模型的低精度姿态控制，另在风洞屏蔽作用下无法识别模型偏航角，功能单一，无法满足复杂的风洞试验需求；也可采用嵌入式开发板实现，如dsp开发板、arm开发板等，该方案一般可实现风洞试验需求，但开发板一般尺寸较大，占用模型空间，并增加模型重量，开发难度大。

技术实现要素：

为解决识别模型偏航角，功能单一，无法满足复杂的风洞试验需求等问题，本发明提供一种风洞虚拟飞行试验的飞行控制系统，具体方案如下：

方案一：该系统包括可编程自动驾驶仪、电台、电源、适配电路、外设接口适配器、遥控器接收机、遥控器、陀螺仪和编码器；

可编程自动驾驶仪连接有外设接口适配器，外设接口适配器同时连接1到10个pwm控制形式舵机；

遥控器接收机通过外设接口适配器与可编程自动驾驶仪连接，并与遥控器建立通讯；

陀螺仪与外设接口适配器连接；

编码器连接在外设接口适配器上；

电台与计算机、可编程自动驾驶仪建立连接；

电源负责为该系统供电；

适配电路用于将电源电压进行转换，并适配至可编程自动驾驶仪、电台、外设接口适配器、遥控器接收机。

进一步地，所述电台包括主电台和从电台，其中主电台负责与计算机进行无线通讯，从电台一端连接可编程自动驾驶仪，另一端由电源连接的适配电路连接为从电台供电。

进一步地，所述的电源，由锂电组构成，输出最高11.6v电压；所述的适配电路，将电源进行电压转换从而适配所述的其他设备。

进一步地，所述的陀螺仪为三轴mems陀螺仪；所述的编码器为三个增量式编码器。

方案二：风洞虚拟飞行试验的飞行控制方法，是基于上述的系统实现的，方法步骤如下：

步骤一：操作人员通过计算机连接所述的电台与飞行控制系统建立无线通讯，远程控制可编程自动驾驶仪或电源；

步骤二：操作人员通过所述的遥控器发射遥控指令，经遥控器接收机接收后，通过外设接口适配器将遥控指令发送给可编程自动驾驶仪；

步骤三：所述的可编程自动驾驶仪将操作人员下发的指令通过外设接口适配器传送给舵机，实现远程飞行控制。

进一步地，所述的陀螺仪通过外设接口适配器与可编程自动驾驶仪建立连接，用于测量模型的三自由度姿态角速度。

进一步地，所述的编码器通过外设接口适配器与可编程自动驾驶仪建立连接，用于测量三自由度转动机构角度，根据坐标系变换，测量模型三轴姿态角。

本发明的有益效果体现在：

本发明满足风洞虚拟飞行试验任务需求的飞行控制装置，即能够实现1-10个舵机同步控制、实现模型姿态角的高精度测量、实现飞行控制程序的设计与下载、实现试验参数数据采集，实现模型姿态和姿态角速度测量，同时实现设备与外部计算机的无线通讯，省去操作人员的现场手动作业，降低风动模拟飞行试验中飞行器的控制难度，提高控制效率，解决了开发板尺寸较大，占用模型空间的，有效的减小了模型重量，大大降低了开发难度。

附图说明

图1为应用于风洞虚拟飞行试验的飞行控制装置原理图；

图中1-可编程自动驾驶仪、2-电台、3-电源、4-适配电路、5-遥控器接收机、6-遥控器、7-陀螺仪和8-编码器。

具体实施方式

具体实施方式一：结合附图说明风洞虚拟飞行试验的飞行控制系统及方法,具体实施步骤如下：

步骤一：所述的电台与飞行控制系统建立无线通讯，操作人员可以远程控制可编程自动驾驶仪或电源；

步骤二：操作人员通过所述的遥控器发射遥控指令，经遥控器接收机接收后，通过外设接口适配器将遥控指令发送给可编程自动驾驶仪，由遥控器与遥控器接收机共同组成远程控制通讯结构；

步骤三：所述的可编程自动驾驶仪将操作人员下发的指令通过外设接口适配器传送给舵机，实现远程飞行控制。

具体实施方式二：结合附图说明，风洞虚拟飞行试验的飞行控制系统以ni公司sbrio-9627嵌入式控制器作为可编程自动驾驶仪开发平台，该控制器以fpga为核心元器件，fpga为现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray)，模块包含若干数量的门电路，时钟基准为百兆赫级，可以以此为基础设计任意形式的逻辑电路和程序电路；

由于fpga尺寸小，功能多，集成度高，所以飞控装置整体结构紧凑，功能完善，能够满足风洞虚拟飞行试验对飞控装置的多种需求。通过fpga的高速脉冲输入输出功能，设计10路pwm输出端口，用来实现10个以内舵机的同步控制；同时设计6路pwm输入端口，通过判断输入信号频率,可实现遥控器输入指令的解析；通过fpga扩展的rs485接口实现陀螺仪姿态数据获取；通过rs232接口实现无线电台接入，实现与外部计算机的指令交互；通过fpga高速脉冲输入接口，连接三轴机构角编码器，实现模型高精度姿态角测量，以避免风洞对磁航计的屏蔽影响，同时预留rs232接口，可实现其他传感器数据输入，考虑试验用各设备供电电压不同，为此还设计了电源适配电路。

具体实施方式三：结合图1说明，风洞虚拟飞行试验的飞行控制系统采用ni9627rio嵌入式平台作为fpga开发平台，该平台支持32位浮点运算，方便做电机控制；采用xtend作为数传电台；遥控器及接收机均选用futaba产品，为增加通道数量，选用futabat18sz型号遥控器，选用r2008sb可扩展遥控器接收机；

其他配套产品选用市场通用产品构建虚拟飞行试验飞行控制装置，飞行控制程序应包括舵机校准、传感器校准、控制模式切换、控制信号输入通道控制、数据显示与记录等，软硬件配合实现各姿态角的开闭环控制。

具体实施方式四：结合附图说明，该系统还可以采用tms320f28xx系列dsp配合fpga替代具体实施方式一中可编程自动驾驶仪产品，如tms320f2812+，其他型号与实施方式一保持一致，可构建虚拟飞行试验飞行控制装置；

飞行控制程序包括舵机校准、传感器校准、控制模式切换、控制信号输入通道控制、数据显示与记录等，软硬件配合实现各姿态角的开闭环控制。

以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。