[發明專利]飛行控制系統的快速原型設計與半物理仿真方法及系統

有效

• 申請號: 201410377922.4
• 申請日: 2014-08-01
• 公開（公告）號: CN104142631A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 徐軍;高榮華;章枧;杜宇
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

1.一種飛行控制系統的快速原型設計與半物理仿真方法，其特征在于：其具體實施步驟為：

步驟1：將姿態傳感器安裝在三軸轉臺上；將壓力傳感器安裝在壓力變換裝置的內部；在仿真計算機上安裝技術計算語言軟件Matlab、仿真和基于模型的設計軟件Simulink和實時仿真測試環境Simulation?Workbench；

步驟2：在仿真計算機上運行Matlab和Simulink軟件，按設計要求得到飛機控制系統控制律；

步驟3：在仿真計算機上運行Simulation?Workbench軟件，加載步驟2得到的飛機控制系統控制律，并設置仿真實驗的時間T和步長t；

步驟4：確定飛行動力學方程，并設置初始值；根據飛行動力學方程及初始值，產生飛機姿態角數據、飛機高度、飛機速度和飛機垂直速度，并把飛機姿態角數據發送給三軸轉臺，把飛機高度、飛機速度和飛機垂直速度傳遞給壓力變換裝置；

步驟5：姿態傳感器感知三軸轉臺運動的姿態角，并將結果發送至仿真計算機；

步驟6：壓力變換裝置對飛機高度、飛機速度和飛機垂直速度數據進行處理，計算得到飛機所處環境的大氣壓力，并控制壓力變換裝置內部的氣體壓力與所述飛機所處環境的大氣壓力相等；

步驟7：壓力傳感器感知壓力變換裝置內部的氣體壓力，并將結果發送至仿真計算機；

步驟8：使用仿真計算機上運行的Simulation?Workbench軟件，對姿態傳感器發送來的姿態角數據和壓力傳感器發送來的氣體壓力數據按控制律進行處理，得到升降舵偏角、副翼偏角、方向舵偏角和配平調整片偏角指令數據，并將升降舵偏角信號發送至俯仰舵機，將副翼偏角信號發送至滾轉舵機，將方向舵偏角信號發送至航向舵機，將配平調整片偏角信號發送至配平舵機；

步驟9：俯仰舵機將升降舵偏角轉換為升降頻率信號；滾轉舵機將副翼偏角轉換為副翼頻率信號；航向舵機是將方向舵偏角轉換為方向頻率信號；配平舵機將配平調整片偏角轉換為配平頻率信號；

步驟10：使用步驟3確定的飛行動力學方程，以及步驟9得到的升降頻率信號、副翼頻率信號、方向頻率信號和配平頻率信號，產生飛機姿態角數據、飛機高度、飛機速度和飛機垂直速度，并把飛機姿態角數據發送給三軸轉臺，把飛機高度、飛機速度和飛機垂直速度傳遞給壓力變換裝置；然后反復執行步驟5至步驟10的操作，直到仿真實驗時間長度達到T，停止操作。

2.一種飛行控制系統的快速原型設計與半物理仿真系統，其特征在于：其包括：飛行動力學模型運行模塊、三軸轉臺、姿態傳感器、壓力變換裝置、壓力傳感器、仿真計算機、俯仰舵機、滾轉舵機、航向舵機和配平舵機；

所述飛行動力學模型運行模塊中有是一組飛行動力學方程；飛行動力學模型運行模塊主要作用是根據升降舵偏角、副翼偏角、方向舵偏角和配平調整片偏角數據，利用飛行動力學方程產生飛機姿態角數據、飛機高度、飛機速度和飛機垂直速度，并把飛機姿態角數據發送給三軸轉臺，把飛機高度、飛機速度和飛機垂直速度傳遞給壓力變換裝置；

所述三軸轉臺的主要作用是接收飛行動力學模型運行模塊發送來的飛機姿態角數據，并根據飛機姿態角指令進行運動；

所述姿態傳感器安裝在三軸轉臺上，其主要作用是感知三軸轉臺運動的姿態角，并將結果發送至仿真計算機；

所述壓力變換裝置對飛機高度、飛機速度和飛機垂直速度數據進行處理，計算得到飛機所處環境的大氣壓力，并控制壓力變換裝置內部的氣體壓力與所述飛機所處環境的大氣壓力相等；

所述壓力傳感器安裝在壓力變換裝置的內部，其主要作用是感知壓力變換裝置內部的氣體壓力，并將結果發送至仿真計算機；

所述仿真計算機內安裝有技術計算語言軟件Matlab、仿真和基于模型的設計軟件Simulink和實時仿真測試環境Simulation?Workbench；其主要作用是：①通過運行Simulink軟件，得到飛機控制系統控制律；②通過運行Simulation?Workbench軟件，加載飛機控制系統控制律，對姿態傳感器發送來的姿態角數據和壓力傳感器發送來的氣體壓力數據按控制律進行處理，得到升降舵偏角、副翼偏角、方向舵偏角和配平調整片偏角數據，并將升降舵偏角發送至俯仰舵機，將副翼偏角發送至滾轉舵機，將方向舵偏角發送至航向舵機，將配平調整片偏角發送至配平舵機；

所述俯仰舵機的主要作用是將升降舵偏角轉換為升降頻率信號，并發送至飛行動力學模型運行模塊；

所述滾轉舵機的主要作用是將副翼偏角轉換為副翼頻率信號，并發送至飛行動力學模型運行模塊；

所述航向舵機的主要作用是將方向舵偏角轉換為方向頻率信號，并發送至飛行動力學模型運行模塊；

所述配平舵機的主要作用是將配平調整片偏角轉換為配平頻率信號，并發送至飛行動力學模型運行模塊；

飛行控制系統的快速原型設計系統各模塊的連接關系為：

飛行動力學模型運行模塊的輸出端分別與三軸轉臺和壓力變換裝置的輸入端連接；姿態傳感器安裝在三軸轉臺上，姿態傳感器的輸出端與仿真計算機的輸入端連接；壓力傳感器安裝在壓力變換裝置的內部，壓力傳感器的輸出端與仿真計算機的輸入端連接；仿真計算機的輸出端分別與俯仰舵機、滾轉舵機、航向舵機和配平舵機的輸入端連接；俯仰舵機、滾轉舵機、航向舵機和配平舵機的電信號輸出端均與連接飛行動力學模型運行模塊的輸入端連接。