[發明專利]一種翼傘四自由度半實物仿真平臺

有效

• 申請號: 201710388000.7
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107121940B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 陳奇;金焱驊;趙敏;姚敏;陳皓;趙志豪
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種翼傘四自由度半實物仿真平臺，包括殼體、數據采集系統、運動控制系統、傘載控制系統及模型狀態解算系統；數據采集系統采集仿真平臺的位置信息，傘載控制系統接收該位置信息，并依據歸航控制算法得到相應的控制量，模型狀態解算系統接收該控制量，同時從干擾裝置接受干擾指令，并解算出狀態指令，反饋給傘載控制系統，進而控制運動控制系統。該平臺依據不同控制指令而運動，能夠模擬實際空投中翼傘系統對于不同后緣傘繩操縱量所產生的動作，同時，數據采集系統與傘載控制系統形成閉環控制，控制效果以平臺的運動規律直觀體現，且位置、姿態能精確測量，在空投之前能夠驗證控制算法的有效性，大大降低了實驗成本及實驗風險性。

技術領域

本發明涉及翼傘仿真控制，特別是涉及一種翼傘四自由度半實物仿真平臺。

背景技術

翼傘系統具有良好的操縱性能，通過操縱兩側后緣操縱繩，可使翼傘完成滑翔、轉彎的動作。根據這一特性，通過左右伺服電機分別控制左右操縱繩下拉量，可使翼傘按照期望的軌跡運行，完成精確歸航的目標。目前主流的歸航算法主要包括簡單歸航、最優控制歸航、分段歸航等。其中，簡單歸航通過實時修正系統當前航向來接近目標；最優控制歸航以時間最優或能量最優的標準來設計歸航軌跡；分段歸航以接近目標上空，消耗能量并逆風對準的思路設計軌跡，易于操縱實現，工程中受到了廣泛應用。

目前對各類航跡規劃算法的文獻報道較多，而對歸航控制器設計的報道較少，空投試驗所耗費的大量人力、物力是制約其研究發展的主要因素。為了推進翼傘控制的研究，方便翼傘控制實驗的開展，有必要為翼傘實驗設計一個簡便輕巧、易于控制且拓展性強的半實物仿真平臺，且能真實反映翼傘系統的控制特性。現有的半實物仿真系統僅用重錘模擬翼傘操縱繩的受力，且系統平臺是固定的，系統的位置和航向只能由系統仿真模擬給出，而并非由實際GPS、慣導實時采樣得到，因此無法完全模擬翼傘的實時運動。

為了以直觀形象的方式體現翼傘的運動狀態，在外置、姿態角各方面驗證控制算法的有效性，有必要設計更貼近于工程實際應用的翼傘半實物仿真平臺，為翼傘空投提供有效、可靠的實驗系統。

發明內容

發明目的：為克服現有技術存在的不足，提供一種能夠在二維平面內模擬翼傘在三維空間內的滑翔、轉彎等動作，并且體現后緣操縱繩對于翼傘的操縱特性，為翼傘的歸航控制研究提供簡便易用且可靠有效的翼傘四自由度半實物仿真平臺。

技術方案：一種翼傘四自由度半實物仿真平臺，包括殼體、數據采集系統、運動控制系統、傘載控制系統及模型狀態解算系統；

數據采集系統包括傘載傳感器，該傘載傳感器包括安裝在殼體內部且位于仿真平臺的質心位置的慣導和GPS系統；GPS系統的接收裝置安裝在殼體上，所述GPS和慣導系統采集仿真平臺的位置和姿態信息；

運動控制系統包括安裝在殼體底部外側的三個全向輪、與各全向輪對應的伺服電機及其驅動器；通過伺服電機及其驅動器來控制每個全向輪轉動的方向及速度大小，以實現二維平面內的平動及轉動；

傘載控制系統，由工控機實現，接收數據采集系統的測量數據，依據歸航控制算法，得到相應的控制量輸出給模型狀態解算系統；

模型狀態解算系統，由工控機實現，其接收傘載控制系統發出的控制指令，同時從干擾裝置接受干擾指令，兩者均作為模型狀態解算系統的輸入；模型狀態解算系統根據上一時刻的狀態以及輸入，迭代得到下一時刻模型狀態量的值；并解算出為了達到該狀態，三個全向輪運動的速度方向及轉向角大小，并將此指令反饋給傘載控制系統，進而控制運動控制系統。

其中，所述GPS系統采集仿真平臺的坐標信息，慣導系統采集仿真平臺的偏航角、歐拉角、滾轉角及三軸加速度信息。