[发明专利]一种无人机半实物仿真系统与仿真方法

说明书

本发明公开了一种无人机半实物仿真系统与仿真方法，所述的系统包括主控计算机、仿真计算机、仿真台架、飞行控制器。其中，主控计算机包括显示界面UI、数据存储模块、参数调整模块与模型建立模块，所述的仿真计算机包含仿真模型、物理仿真引擎、转台驱动模块、数据转换模块，所述的仿真台架包含三轴仿真转台、数据测量模块、无人机物理模型，所述的飞行控制器包括飞控硬件和惯导传感器。本发明利用仿真台架与仿真计算机对无人机进行半实物仿真模拟，降低了气动模型搭建的难度，同时，采用物理仿真引擎在地面完成动稳态下的测试，提高了仿真准确度与无人机控制器开发效率。

技术领域

本发明涉及飞行控制器半实物仿真技术领域，特别是涉及一种共轴异构多旋翼无人机半实物仿真系统与方法。

背景技术

续航较短是目前多旋翼无人机的通病，一种提升续航的方法是采用类似直升机主旋翼结构的共轴异构升力旋翼，与姿态调整多旋翼组合方式。共轴异构多旋翼构型区别于目前的主流无人机构型，目前没有成熟的数学模型，相应的飞行控制器设计缺少参考，需要利用半实物仿真系统对此新构型进行地面仿真测试。

飞行控制器的设计是所有无人机系统的核心系统之一，现代的飞行控制器系统采用的姿态控制、导航、飞行管理系统极其复杂。仿真实时性和仿真精度是影响半实物仿真系统仿真结果可信度的主要因素，其中实时性是飞行仿真的基本要求，同时也是仿真精度的影响要素之一；仿真精度主要取决于模型建立的准确度，它会直接影响控制器的参数设计，从而影响实际飞行效果，共轴异构的多旋翼流体力学模型的建立与模型求解还是行业难点之一。

发明内容

本发明提出一种无人机半实物仿真系统与仿真方法，能够改进共轴异构新构型多旋翼无人机地面仿真气动模型不精确问题，为飞行控制器地面仿真验证，动态条件下的仿真，参数调整提供一套解决方案。

为了达到上述目的，本发明提供一种无人机半实物仿真系统，包括主控计算机、仿真计算机、仿真台架、飞行控制器，

所述的主控计算机用于建立无人机数学模型、输入或修改无人机数学模型参数和仿真参数，并显示无人机数学模型的飞行动画；

所述的仿真计算机，其与主控计算机、仿真台架和飞行控制器连接，所述的仿真计算机用于下载无人机数学模型，实时接收模型参数、仿真参数，并解算无人机数学模型的动力学和运动学；

所述的仿真台架，其与仿真计算机连接，所述的仿真转台通过电机调整无人机物理模型的姿态角，并将采集的仿真数据发送给仿真计算机；

所述的仿真计算机对接收到的仿真数据解算，并将解算后的融合仿真数据发送给主控计算机和飞行控制器；

所述的飞行控制器与仿真台架连接，其用于控制仿真台架中电机的转速，实现无人机物理模型姿态的稳定控制。

进一步，所述的主控计算机包括显示界面UI、数据存储模块、参数调整模块与模型建立模块，所述的显示界面UI，其用于根据无人机数学模型的融合仿真数据实时显示无人机数学模型的飞行动画；所述的数据存储模块，其用于记录仿真过程的数据；所述的参数调整模块，其用于输入或修改无人机数学模型参数以及仿真参数并发送给仿真计算机；所述的模型建立模块，其用于建立无人机数学模型。

进一步，所述的仿真计算机包含仿真模型、物理仿真引擎、转台驱动模块、数据转换模块，所述的仿真模型，其用于从主控计算机下载无人机数学模型，并实时接收主控计算机发送的无人机数学模型参数和仿真参数；所述的物理仿真引擎，其建立了多物理场模型，用于解算无人机数学模型的动力学和运动学；所述的转台驱动模块，其与仿真台架连接，用于将当前仿真参数的姿态信息发送给仿真台架；所述的数据转换模块，其与用于将无人机数学模型的融合仿真数据打包发送给飞行控制器。