[发明专利]四旋翼飞行器仿真方法

摘要

四旋翼飞行器仿真方法，涉及一种无人飞行器实时仿真方法。解决现有半实物仿真系统规模庞大，连接复杂、仿真存在虚拟的状态变量导致的准确度低、难以应用基于模型的控制器设计方法和数值仿真系统机理建模得到的模型准确度不高的问题。本发明把实际的飞行器作为被控对象接入仿真回路，为MATLAB/Simulink中机理建模得到的数值仿真模型提供了一个参考，使得飞行器机理建模准确性可以快速得到验证；使用了参数辨识的方法确保了数值仿真中对象模型的准确性，从而数值仿真中验证可行的控制器最终能够有效地应用到实际的物理对象上。本发明具体用于四旋翼飞行器仿真领域。

主权项

四旋翼飞行器半实物仿真方法，其特征在于，它是基于下述装置实现的，该装置包括仿真计算机(1)、机载微控制器(2)、1号无线收发器(3)、2号无线收发器(4)和机载传感器(5)；机载微控制器(2)的数据信号输入端与机载传感器(5)的数据信号输出端连接，机载微控制器(2)的通讯端与2号无线收发器(4)的信号输入输出端连接，2号无线收发器(4)通过无线通信的方式与1号无线收发器(3)进行数据传输，1号无线收发器(3)的信号输入输出端与仿真计算机(1)的信号输入输出端连接，仿真计算机(1)内嵌入Matlab/Simulink仿真模块，所述的Matlab/Simulink仿真模块包括数据输入模块(1‑1)、状态估计与滤波模块(1‑2)、姿态与高度控制模块(1‑3)、飞行状态显示模块(1‑4)、数据输出模块(1‑5)、半实物仿真数据记录模块(1‑6)和控制指令生成模块(1‑7)；该半实物仿真方法的具体过程为：首先，通过机载微控制器(2)采集机载传感器(5)输出的数据信号，且机载微控制器(2)依次通过2号无线收发器(4)、1号无线收发器(3)将采集到的数据信号送至仿真计算机(1)的数据输入模块(1‑1)，该数据信号包括测距读数、三轴加速度读数、三轴角速度读数和三轴磁感应强度信号；通过数据输入模块(1‑1)接收输入的数据信号，并将该数据送至状态估计与滤波模块(1‑2)，状态估计与滤波模块(1‑2)根据接收的数据信号利用互补滤波的方法获得两组数据，该两组数据中的第一组数据为姿态欧拉角估计值和高度估计值，第二组数据为角速度的估计值和竖直方向上速度的估计值，且将第一组数据送至飞行状态显示模块(1‑4)，飞行状态显示模块(1‑4)用于实时显示四旋翼飞行器的飞行状态，将第一组和第二组数据送至姿态与高度控制模块(1‑3)，姿态与高度控制模块(1‑3)根据控制指令生成模块(1‑7)产生的控制指令，计算获得姿态和高度控制信号，然后经过控制分配得到四旋翼飞行器的四个电机的期望转速，该四个电机的期望转速通过数据输出模块(1‑5)依次经过1号无线收发器(3)、2号无线收发器(4)后送至机载微控制器(2)用于控制四旋翼飞行器的电子调速器及电机，半实物仿真数据记录模块(1‑6)用于存储状态估计与滤波模块(1‑2)输出的两组数据和四旋翼飞行器的四个电机的期望转速。