[发明专利]一种基于旋翼飞行器的航天器半物理仿真实验系统及方法

摘要

本发明涉及一种基于旋翼飞行器的航天器半物理仿真实验系统及方法，包括地面站系统和模拟飞行器；地面站系统包括计算机仿真系统、无线通信设备、旋翼机手控操作器；模拟飞行器包括旋翼飞行器、三自由度云台、力传感器和负载；旋翼飞行器下面固连一个三自由度的云台，在云台内轴挂载负载，在云台和负载之间安装力传感器；旋翼飞行器的三自由度质心运动模拟航天器三自由度质心运动，云台的三自由度转动模拟航天器三自由度姿态运动，负载模拟航天器的6自由度运动；力传感器测量云台与负载之间的受力，用于补偿负载重力矩的影响。本发明不但大大降低了实现难度，并具有研制费用低、简单易行等优点。

主权项

一种基于旋翼飞行器的航天器半物理仿真实验系统，其特征在于：包括地面站系统和模拟飞行器；所述地面站系统包括：计算机仿真系统、无线通信设备、旋翼机手控操作器；所述模拟飞行器包括：旋翼飞行器、三自由度云台、力传感器和负载；旋翼飞行器下面固连一个三自由度的云台，在云台内轴挂载负载，在云台和负载之间安装力传感器；旋翼飞行器的三自由度质心运动模拟航天器三自由度质心运动，云台的三自由度转动模拟航天器三自由度姿态运动，负载模拟航天器的六自由度运动；力传感器测量云台与负载之间的受力，用于补偿负载重力矩的影响；计算机仿真系统负责整个实验系统的流程监控、动力学及控制系统仿真以及与用户交互、通过无线通信设备与旋翼飞行器进行通讯；旋翼机手控操作器作为辅助控制设备实现人工手动操控旋翼飞行器；计算机仿真系统有简单和复杂两种工作模式；在简单工作模式下，计算机仿真系统对航天器运动学与动力学及控制系统进行数学仿真，把相关的运动指令发送到旋翼飞行器和云台，旋翼飞行器和云台根据发送的运动指令分别进行三自由度的质心运动和三自由度的姿态运动，使负载能够模拟航天器六自由度运动，同时将旋翼飞行器自带传感器测量的飞行状态发送到计算机仿真系统；在复杂工作模式下，为补偿负载的重力矩影响，旋翼飞行器将力传感器测量的负载受力发送到计算机仿真系统，计算机仿真系统计算所需要的云台三轴控制力矩，并把结果发送到旋翼飞行器，旋翼飞行器施加控制力矩驱动云台的三轴运动从而补偿负载的重力矩影响。