[发明专利]一种翼伞四自由度半实物仿真平台

说明书

本发明公开了一种翼伞四自由度半实物仿真平台，包括壳体、数据采集系统、运动控制系统、伞载控制系统及模型状态解算系统；数据采集系统采集仿真平台的位置信息，伞载控制系统接收该位置信息，并依据归航控制算法得到相应的控制量，模型状态解算系统接收该控制量，同时从干扰装置接受干扰指令，并解算出状态指令，反馈给伞载控制系统，进而控制运动控制系统。该平台依据不同控制指令而运动，能够模拟实际空投中翼伞系统对于不同后缘伞绳操纵量所产生的动作，同时，数据采集系统与伞载控制系统形成闭环控制，控制效果以平台的运动规律直观体现，且位置、姿态能精确测量，在空投之前能够验证控制算法的有效性，大大降低了实验成本及实验风险性。

技术领域

本发明涉及翼伞仿真控制，特别是涉及一种翼伞四自由度半实物仿真平台。

背景技术

翼伞系统具有良好的操纵性能，通过操纵两侧后缘操纵绳，可使翼伞完成滑翔、转弯的动作。根据这一特性，通过左右伺服电机分别控制左右操纵绳下拉量，可使翼伞按照期望的轨迹运行，完成精确归航的目标。目前主流的归航算法主要包括简单归航、最优控制归航、分段归航等。其中，简单归航通过实时修正系统当前航向来接近目标；最优控制归航以时间最优或能量最优的标准来设计归航轨迹；分段归航以接近目标上空，消耗能量并逆风对准的思路设计轨迹，易于操纵实现，工程中受到了广泛应用。

目前对各类航迹规划算法的文献报道较多，而对归航控制器设计的报道较少，空投试验所耗费的大量人力、物力是制约其研究发展的主要因素。为了推进翼伞控制的研究，方便翼伞控制实验的开展，有必要为翼伞实验设计一个简便轻巧、易于控制且拓展性强的半实物仿真平台，且能真实反映翼伞系统的控制特性。现有的半实物仿真系统仅用重锤模拟翼伞操纵绳的受力，且系统平台是固定的，系统的位置和航向只能由系统仿真模拟给出，而并非由实际GPS、惯导实时采样得到，因此无法完全模拟翼伞的实时运动。

为了以直观形象的方式体现翼伞的运动状态，在外置、姿态角各方面验证控制算法的有效性，有必要设计更贴近于工程实际应用的翼伞半实物仿真平台，为翼伞空投提供有效、可靠的实验系统。

发明内容

发明目的：为克服现有技术存在的不足，提供一种能够在二维平面内模拟翼伞在三维空间内的滑翔、转弯等动作，并且体现后缘操纵绳对于翼伞的操纵特性，为翼伞的归航控制研究提供简便易用且可靠有效的翼伞四自由度半实物仿真平台。

技术方案：一种翼伞四自由度半实物仿真平台，包括壳体、数据采集系统、运动控制系统、伞载控制系统及模型状态解算系统；

数据采集系统包括伞载传感器，该伞载传感器包括安装在壳体内部且位于仿真平台的质心位置的惯导和GPS系统；GPS系统的接收装置安装在壳体上，所述GPS和惯导系统采集仿真平台的位置和姿态信息；

运动控制系统包括安装在壳体底部外侧的三个全向轮、与各全向轮对应的伺服电机及其驱动器；通过伺服电机及其驱动器来控制每个全向轮转动的方向及速度大小，以实现二维平面内的平动及转动；

伞载控制系统，由工控机实现，接收数据采集系统的测量数据，依据归航控制算法，得到相应的控制量输出给模型状态解算系统；

模型状态解算系统，由工控机实现，其接收伞载控制系统发出的控制指令，同时从干扰装置接受干扰指令，两者均作为模型状态解算系统的输入；模型状态解算系统根据上一时刻的状态以及输入，迭代得到下一时刻模型状态量的值；并解算出为了达到该状态，三个全向轮运动的速度方向及转向角大小，并将此指令反馈给伞载控制系统，进而控制运动控制系统。

其中，所述GPS系统采集仿真平台的坐标信息，惯导系统采集仿真平台的偏航角、欧拉角、滚转角及三轴加速度信息。