[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

本發明一種面向大中型無人機的飛行控制系統半物理仿真平臺，是利用半物理仿真平臺實現無人機全過程的飛行仿真與故障模擬，根據需要在仿真系統中加入一個或多個實物設備，充分考慮其物理效應對系統的影響。首先，飛行前通過綜合檢測計算機對機載設備進行自檢，確保飛行控制系統的完好性；其次，飛行控制計算機收到地面測控站發來的“起飛”指令后，驅動運行于仿真計算機的數字飛機模型運動，數學模型經解算后，把飛機的飛行數據返給仿真設備或實物設備，進而傳給飛行控制計算機。再次，在數字飛機運行過程中，人為地注入機載設備的故障信息，檢驗飛行控制系統的余度管理功能。最后，在數字飛機軟件界面上，對飛行數據進行分析，檢驗飛行仿真試驗結果。

技術領域

本發明屬于無人機飛行控制系統半物理仿真試驗技術領域，特別是涉及一種面向大中型無人機的半物理仿真平臺的設計。

背景技術

飛行控制系統作為無人機的“大腦”，是無人機系統設計中的核心因素，決定著無人機的飛行成敗。通過飛行仿真試驗可以在地面較充分地檢驗和驗證飛行控制系統設計的正確性和魯棒性，為無人機的試飛成功與飛行安全提供保證。

半物理仿真，又稱為硬件在回路中的仿真，是指在仿真試驗系統中接入部分實物設備的實時仿真。它充分考慮了實物設備物理效應的影響，具有比純數字仿真更真實的仿真效果。

通過硬件在環的半物理仿真試驗能夠充分驗證無人機系統設計方案的可行性，可對系統的關鍵技術參數進行測試與迭代優化。充分有效的半物理仿真試驗可以大大縮短無人機系統的研制周期、加快研制進度，從而達到節約費用、提高成功率、降低風險的目的。

發明內容

本發明的目的是利用半物理仿真平臺實現無人機全過程的飛行仿真與故障模擬，并根據需要在仿真系統中加入一個或多個實物設備，以充分考慮其物理效應對系統的影響。首先，飛行前通過綜合檢測計算機對機載設備(實物或仿真均可)進行自檢，以確保飛行控制系統的完好性；自檢完成后，通過地面測控站把飛機參數、航線等數據裝訂進飛行控制計算機中，并可對飛機狀態進行監控。其次，飛行控制計算機收到地面測控站發來的“起飛”指令后，即可驅動運行于仿真計算機的數字飛機模型運動，該數學模型經解算后，可把飛機的飛行數據返給仿真設備或實物設備，進而傳給飛行控制計算機。飛行控制計算機根據接收到的傳感器數據，進行飛行控制律的解算，控制飛機按期望的狀態飛行。再次，在數字飛機運行過程中，可人為地注入機載設備的故障信息，以檢驗飛行控制系統的余度管理功能。另外，還可實時地加入風擾動及進行氣動參數拉偏試驗，以檢驗飛行控制系統的魯棒性。最后，可在數字飛機軟件界面上，對飛行數據進行分析，以檢驗飛行仿真試驗結果。

為了達到上述發明目的，將采用以下技術方案，請參見圖1所示：

本發明一種面向大中型無人機的飛行控制系統半物理仿真平臺，硬件部分包括：仿真試驗器、飛行控制計算機11、地面測控站12、綜合檢測計算機10、三軸轉臺17、慣導16、總靜壓模擬器2、大氣數據計算機1、無線電回波模擬器4、高度表3、舵機加載臺5、伺服系統6等；

其中，飛行控制計算機11為系統的控制核心，仿真試驗器為系統的信號交聯中心。

所述仿真試驗器主要集成了信號控制箱15、液晶顯示器14、慣導信號測試箱13、復位按鈕7、仿真計算機8、電源箱9等設備，請參見圖2所示。其中，