[发明专利]翼伞自主归航半实物仿真系统

说明书

技术领域

本发明属于翼伞系统归航控制技术领域，涉及对翼伞空投实验系统的改进，具体为翼伞自主归航半实物仿真系统。

背景技术

翼伞气动性能优良，通过自动或者手动的滑翔转弯控制实现比较精确的定点着陆。又以其低成本在各领域都获得了广泛的应用。如无人机和飞船返回舱的回收、人员和武器装备的空投、高空风能发电等。

翼伞系统的操纵主要是靠左(或右)侧的单侧下偏，当电机拉下左(或右)操纵绳时，翼伞系统向左(或右)转弯，通过电机不断地操纵伞绳使得系统沿着设定的航迹运动。只有通过自主归航控制算法不断的进行误差修正，才能实现翼伞系统的精确自主归航。

现行验证控制器的有效性和控制执行机构的正确性的方法主要是：汽车拖曳实验，塔台投放实验和高空空投实验。这些实验的主要目的是要给翼伞系统提供一个接近实际的空投环境，模拟出翼伞系统的实际空投过程：出舱，充满完全展开，控制器接收伞载GPS信号，自主归航控制算法解算控制量，控制量施加到控制执行机构对翼伞系统进行归航控制，在着陆点精确着陆。

但是这些实验验证方法都存在一定的缺点：

汽车拖曳实验是以一定的速度使得翼伞系统充满展开，控制算法解算出控制量，控制量施加到控制执行机构，这种方法只能验证控制器与控制执行机构以及控制执行机构与翼伞连接的正确性，并不能很好的验证自主归航控制算法的有效性。

塔台投放实验是将翼伞系统在完全充满展开的情况下，以给定的初始速度在一定的高度下落，这种方法既能验证控制器与控制执行机构以及控制执行机构与翼伞连接的正确性，又能在一定程度上验证自主归航控制算法的有效性，但是由于塔台投放高度有限，并不能很好的验证自主归航控制算法的有效性。

高空空投实验是用飞机将翼伞系统载至一定高度的高空，可以完整实现翼伞出舱直至着陆的过程，这种方法既能验证控制器与控制执行机构以及控制执行机构与翼伞连接的正确性，又能验证自主归航控制算法的有效性，但是费用高、风险大、组织一次实验耗时较长。

为了能在实际空投前验证控制算法的有效性和控制执行机构的正确性，期望有一种验证周期短、节约成本、高度逼近实际空投环境的实验方法。

发明内容

本发明目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种翼伞自主归航半实物仿真系统，能够模拟翼伞自主归航过程真实工作环境的测试平台。

本发明提供的翼伞自主归航半实物仿真系统，包括电机操纵系统、伞载控制系统和翼伞系统模型仿真系统；

电机操纵系统包括：底座，底座上安装的支撑架，以及用于控制翼伞系统左下偏的左电机和右下偏的右电机，左电机和右电机轴套上各安装有一个用于卷动翼伞操纵绳的绞盘，用于控制翼伞后缘的两根翼伞操纵绳的一端分别固定并缠绕在其中的一个绞盘上，翼伞操纵绳的另一端绕过支撑架顶端横梁上安装的滑轮后各固定有一个模拟左右下偏控制时翼伞操纵绳受力的重锤，左电机和右电机分别通过电机控制器输出动力线连接伞载控制系统中的电机控制器，左电机和右电机上同时各安装有一个用于反馈翼伞操纵绳位置的多圈电位器，多圈电位器通过反馈信号线连接伞载控制系统中的微控制单元；

伞载控制系统包括：两个电机控制器，分别与电机操纵系统中左电机或右电机连接，用于对左电机或右电机进行控制，实现控制算法并提供控制策略的微控制单元，分别与两个电机控制器连接，同时通过反馈信号线分别连接电机操纵系统中的两个用于反馈电机控制位置的多圈电位器，微控制单元根据多圈电位器的反馈信号及翼伞系统模型仿真系统解算的翼伞系统的位置对左电机或右电机进行控制，电源，用于为两个电机控制器供电；

翼伞系统模型仿真系统：与伞载控制系统中的微控制单元连接，由仿真PC机实现，仿真PC机采用空投过程中的翼伞系统动力学非线性模型，仿真PC机将解算的翼伞系统的位置实时显示形成动态的翼伞系统三维归航曲线图，并将解算的翼伞系统的位置以GPS的信号格式提供给伞载控制系统中的微控制单元。

所述的左电机和右电机采用直流电动机，该电机能够对绞盘施加正、反两个方向的力矩。

所述的动力学非线性模型为六自由度非线性模型，包括翼伞系统的三维位置信息，即惯性坐标系下的X、Y和Z三轴位置，以及三个欧拉角信息，即俯仰角、滚转角和偏航角，在满足接口协议的条件下，与伞载控制系统无缝连接。

所述的GPS信号格式的位置包括经纬度和高度信息，它由仿真PC机实时解算惯性坐标系下的三轴位置得到，并传递到伞载控制系统。

本发明的优点和积极效果

1)翼伞自主归航半实物仿真系统中采用的装置简单、节约成本，在室内就可以完成实验。