[發明專利]一種面向大中型無人機的飛行控制系統半物理仿真平臺

在審

• 申請號: 202111207679.8
• 申請日: 2021-10-18
• 公開（公告）號: CN113917854A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 蘇善偉;徐靖;張利剛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種面向大中型無人機的飛行控制系統半物理仿真系統，其特征在于：該系統包括：仿真試驗器、飛行控制計算機、地面測控站、綜合檢測計算機、三軸轉臺、慣導、總靜壓模擬器、大氣數據計算機、無線電回波模擬器、高度表、舵機加載臺及伺服系統；其中，仿真試驗器為系統的信號交聯中心；飛行控制計算機為系統的控制核心；

所述飛行控制計算機通過串行通訊、模擬量、數字量、頻率量接口與仿真試驗器相連接，和機載設備進行信息交互，實現機載傳感器的數據采集、無人機自動飛行控制及任務設備管理，從而實現飛行控制仿真功能；

所述地面測控站依據飛行控制計算機的輸出結果，實時地顯示無人機的遙測數據，并把遙控指令下發給飛行控制計算機，實現對無人機的飛行控制；地面測控站還能夠實時地顯示飛機的飛行狀態與軌跡，并輔助任務規劃，通過串口通信方式與飛行控制計算機交聯；

所述綜合檢測計算機用于無人機的日常維護與執行飛行任務前的機載設備檢測，實現上電檢測、維護檢測和飛行前檢測，并將檢測信息發送給飛行控制計算機，通過串口通信方式與飛行控制計算機交聯；

所述三軸轉臺實時跟蹤仿真計算機發出的指令信號，控制自身的俯仰、滾動、航向運動，模擬無人機姿態角的變化，與安裝在仿真計算機內的反射內存卡形成閉合回路，通過光纖與仿真計算機交聯；

安裝在轉臺上的慣導能夠實時精確地提供飛機的姿態、角速度信息，并把測量到的姿態信息發送給飛行控制計算機，通過串口通信方式與飛行控制計算機交聯；

所述總靜壓模擬器是用于對大氣數據系統進行測試的設備，能夠輸出與設定的高度、空速和變化率相對應的大氣總壓與靜壓，通過IEEE488數字接口接收仿真計算機的控制指令；

所述大氣數據計算機接收來自總靜壓模擬器的氣壓信息、大氣總溫傳感器的溫度信息以及飛行控制計算機發送的指令信息，經解算并完成誤差修正后，以串行數字量形式向飛行控制計算機和慣導設備輸出氣壓高度、真空速、指示空速、大氣總溫、大氣靜溫、升降速度的大氣參數，通過串口通信方式與飛行控制計算機交聯；

所述無線電回波模擬器用于靜態測試、校驗和標定高度表，同時為高度表做動態高度仿真，通過串口通信方式與仿真計算機交聯；

所述高度表接收回波模擬器回傳的給定高度回波模擬信號，經解算后得到高度、升降速率信息，并發送給飛行控制計算機，通過串口通信方式與飛行控制計算機交聯；

所述舵機加載臺用于為伺服舵機提供負載，來模擬無人機在空中飛行時舵面所受到的鉸鏈力矩，接收仿真計算機的高度、空速信息，同時將轉動角度值作為舵面的偏轉值，反饋給仿真計算機，通過光纖或網線與仿真計算機交聯；

所述伺服系統通過機械方式與舵機加載臺連接，接收飛行控制計算機的舵機控制指令，輸出力矩驅動舵機加載臺中模擬舵面的偏轉，通過串口通信或PWM方式與飛行控制計算機交聯。

2.根據權利要求1所述的一種面向大中型無人機的飛行控制系統半物理仿真系統，其特征在于：仿真試驗器集成了信號控制箱、液晶顯示器、慣導信號測試箱、復位按鈕、仿真計算機及電源箱；

信號控制箱通過電纜與飛行控制計算機相連，用于實現機載設備仿真信號與實物信號的切換，使飛行控制計算機連接仿真信號或者實物信號；

液晶顯示器用于顯示運行在仿真計算機上的數字飛機軟件界面，觀察數字飛機的飛行狀態、飛行傳感器的測量數據、仿真設備的運行狀態，或者通過軟件界面設置仿真初始條件、注入設備故障、加入風干擾；

慣導信號測試箱用于對慣導的啟動控制、信號的測試與排故；

復位按鈕通過脈沖信號實現對飛行控制計算機的單塊或多塊CPU板進行復位，模擬飛行過程中飛行控制計算機CPU故障重啟后的系統工作狀態；

仿真計算機用于運行數字飛機軟件，該軟件進行飛機全量非線性方程的解算，輸出數字無人機的運動信息，還設置仿真傳感器的初始狀態、故障信息、模擬部分機載設備的狀態及控制實物設備信號的接入。

3.根據權利要求2所述的一種面向大中型無人機的飛行控制系統半物理仿真系統，其特征在于：仿真信號與實物信號分別通過線纜從信號控制箱后面板通過航空插頭接入，在信號箱內部仿真信號和實物信號分別連接繼電器的常閉和常開觸點；繼電器線圈一端接28V電源正端，另一端連接仿真/實物信號切換開關，切換開關控制相應繼電器的閉合和斷開，從而實現仿真信號與實物信號的切換；同時通過前面板的斷連塊、U型短路塊實現信號的連接與斷開，方便系統調試和故障排除。