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《小型無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、小型無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究作者：王翌丞胡延霖陳永明 摘要:選擇了基于MATLAB的仿真設(shè)計(jì)平臺(tái),建立了無(wú)人機(jī)系統(tǒng)六自由度數(shù)學(xué)模型,構(gòu)建了基于xPCTarget工作模式的無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)仿真技術(shù)可有效解決飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證問(wèn)題,大大降低無(wú)人機(jī)研制風(fēng)險(xiǎn)和試驗(yàn)費(fèi)用?！ ￡P(guān)鍵詞:MATLAB;小型無(wú)人機(jī);實(shí)時(shí)仿真 1無(wú)人機(jī)系統(tǒng)六自由度數(shù)學(xué)模型的建立 根據(jù)無(wú)人機(jī)所受的力和力矩,以及無(wú)人機(jī)的重心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等,由動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程即可求取無(wú)人機(jī)的六自由度運(yùn)動(dòng)方程。具體為: x=Fx/m+V
2、yωz-Vzωy y=Fy/m+Vzωx-Vxωz z=Fz/m+Vxωy-Vyωx x=[L-(Iz-Iy)ωyωz]/Ix y=[N-(Ix-Iz)ωzωx]/Iy z=[M-(Iy-Iz)ωxωy]/Iz =ωysinγ+ωzcosγ =ωx-tanθ(ωycosγ-ωzsinγ) =(ωycosγ-ωzsinγ)/cosθ =Vxsinθ+Vycosθcosγ-Vzcosθsinγ =Vxcosψcosθ+Vy(sinψsinγ-cosψsinθcosγ)+Vz(sinφcosγ
3、+cosψsinθsinγ) =-Vxsinφcosθ+Vy(cosψsinγ+sinθsinγ)+Vz(cosψcosγ-sinψsinθsinγ) 式中,[V,α,β,ωx,ωy,ωz,θγψ,x,H,z]T分別表示空速、迎角、側(cè)滑角、滾轉(zhuǎn)/偏航/俯仰角速率、俯仰角、滾轉(zhuǎn)角、偏航角、縱向位移、高度、側(cè)向位移?！ ?無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng) 2.1硬件系統(tǒng) 硬件系統(tǒng)主要由仿真計(jì)算機(jī)、飛行控制器、飛機(jī)傳感器、飛行模擬轉(zhuǎn)臺(tái)和接口設(shè)備等組成。其中仿真計(jì)算機(jī)主要對(duì)無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)規(guī)律和仿真結(jié)果進(jìn)行可視化輸出,
4、并進(jìn)行相應(yīng)的處理。因此,仿真計(jì)算機(jī)包括運(yùn)動(dòng)學(xué)解算計(jì)算機(jī)、視景仿真計(jì)算機(jī)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)、接口通訊計(jì)算機(jī)等。各仿真計(jì)算機(jī)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)相互通訊?！ ?.2軟件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng)為MATLABRTW系統(tǒng)。RTW是MATALB軟件的重要組成部分。RTW與MATLAB可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接,既滿足了設(shè)計(jì)這在系統(tǒng)概念與方案設(shè)計(jì)等的需求,也為系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)或完成不同功能的系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作實(shí)驗(yàn)提供了方便,并且為并行工程的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了一個(gè)良好的環(huán)境。本文采用的是xPCTarget方案,xPC2Target是RTW的附加產(chǎn)品,它
5、是一種“雙機(jī)型”的解決途徑,即xPCTarget需要使用兩臺(tái)PC機(jī),其中宿主機(jī)用于運(yùn)行Simulink,而目標(biāo)機(jī)則用于執(zhí)行所生成的代碼。目標(biāo)PC機(jī)運(yùn)行了一個(gè)高度緊縮型的實(shí)時(shí)操作內(nèi)核,該實(shí)時(shí)操作內(nèi)核采用了32位保護(hù)模式,通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)連接或串口線連接來(lái)實(shí)現(xiàn)宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間的通信?！ ?.3系統(tǒng)構(gòu)成 本文采用的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)主要由以下幾部分構(gòu)成: (1)實(shí)時(shí)仿真機(jī):主要用來(lái)模擬飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)?！ ?2)飛行控制器:實(shí)現(xiàn)飛行管理及控制?！ ?3)傳感器:陀螺、高度表、磁航向計(jì)等。 (4)飛行轉(zhuǎn)臺(tái):復(fù)現(xiàn)無(wú)人機(jī)姿態(tài)運(yùn)
6、動(dòng)?！ ?5)接口設(shè)備:高速串口板、FO板卡、網(wǎng)卡。 (6)支持服務(wù)系統(tǒng):顯示、記錄、文檔等軟硬件。 系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)為: 上圖中詳細(xì)的描述了飛控實(shí)時(shí)仿真的結(jié)構(gòu)。仿真系統(tǒng)的工作流程為:由仿真計(jì)算機(jī)控制半實(shí)物仿真過(guò)程的進(jìn)行,在給定初始條件及模型參數(shù)后,半實(shí)物仿真開(kāi)始,仿真計(jì)算機(jī)解算無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程,解算完畢即將有關(guān)狀態(tài)信號(hào)輸出給飛行模擬轉(zhuǎn)臺(tái)。飛行模擬轉(zhuǎn)臺(tái)接受飛機(jī)姿態(tài)信號(hào)后,復(fù)現(xiàn)飛機(jī)的姿態(tài)運(yùn)動(dòng),放置在轉(zhuǎn)臺(tái)上的垂直陀螺和傳感器感受飛機(jī)的姿態(tài)及其變化,飛行控制器由此產(chǎn)生控制信息控制舵機(jī),最后,舵角傳感器將舵角
7、信號(hào)傳給仿真計(jì)算機(jī)。仿真結(jié)果可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與PC機(jī)實(shí)時(shí)通訊,由PC機(jī)實(shí)時(shí)顯示各狀態(tài)變化曲線,也可以通過(guò)投影儀顯示無(wú)人機(jī)的三維運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景。 參考文獻(xiàn) [1]姚俊,馬松輝.Simulink建模與仿真[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2002. [2]黃忠霖.控制系統(tǒng)Matlab計(jì)算及仿真(第2版)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2004. [3]楊滌,李立濤,楊旭,等.系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真開(kāi)發(fā)環(huán)境與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002.2
