一种小型无人机半物理仿真系统实现

无人机模拟训练系统的半实物仿真设计

苏继杰;郑幸;孙烨;傅小进

【期刊名称】《火力与指挥控制》

【年(卷),期】2009(034)010

【摘要】无人机模拟训练系统用于进行无人机飞行前地面调试及飞行中操纵监控的模拟.以数学模型、实物模型、仿真计算机、仿真软件和其他辅助设备等为一体,构建半实物仿真无人机训练系统.阐述了基于半实物仿真技术的无人机模拟训练系统的功能和结构,具体说明了系统的仿真模块算法、设计及关键技术的实现途径.

【总页数】3页(P153-155)

【作者】苏继杰;郑幸;孙烨;傅小进

【作者单位】华中科技大学,湖北,武汉,430074;武汉军械士官学校,湖北,武汉,430075;华中科技大学,湖北,武汉,430074;武汉军械士官学校,湖北,武汉,430075;华中科技大学,湖北,武汉,430074;武汉军械士官学校,湖北,武汉,430075;武汉军械士官学校,湖北,武汉,430075

【正文语种】中文

【中图分类】TP391.9

【相关文献】

1.基于半实物仿真的舰炮光电火控模拟训练系统的研究和设计 [J], 李宙恒;王兴众

2.无人机半实物仿真系统串口通信模块设计 [J],

3.无人机飞行控制半实物仿真系统设计与实现 [J], 吕永玺;屈晓波;史静平 4.基于半实物仿真平台的通用无人机系统模拟器设计 [J], 倪怡涛;李俊杰;李晓明

5.基于半实物仿真平台的通用无人机系统模拟器设计 [J], 倪怡涛;李俊杰;李晓明

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飞控系统半物理仿真平台通讯网络构建

【摘要】

本文介绍了飞控系统半物理仿真平台通讯网络构建的相关内容。在分别介绍了研究背景、研究意义和研究目的。在详细介绍了飞控系统半物理仿真平台的概述，通讯网络构建的原理和方案分析，以及通讯网络数据传输机制和性能优化。在总结了飞控系统半物理仿真平台通讯网络构建的重要性，并展望了未来的研究方向和技术推广应用。通过本文的介绍，读者可以了解到飞控系统半物理仿真平台通讯网络构建的关键技术和发展前景，具有一定的参考价值和实践意义。

【关键词】

飞控系统, 半物理仿真平台, 通讯网络构建, 数据传输机制, 性能优化, 研究背景, 研究意义, 研究目的, 飞控系统概述, 构建原理, 构建方案分析, 总结, 研究展望, 技术推广应用.

1. 引言

1.1 研究背景

飞控系统半物理仿真平台通讯网络构建是当前飞行器系统研究领域中的一个重要课题。随着无人机技术的不断发展和应用，飞控系统在无人机中的作用变得越来越关键。而通讯网络作为飞控系统中不可或缺的一部分，其性能和稳定性对无人机的飞行安全和精准度有着至关重要的影响。目前，飞控系统半物理仿真平台通讯网络构建仍然存在着许多挑战和问题，如通讯网络的稳定性、数据传输速度、通讯延迟等方面都需要不断进行研究和优化。对飞控系统半物理仿真平台通讯网络构建进行深入的研究和探讨，有助于提升飞行器系统的性能和可靠性，促进无人机技术的发展和应用。

在这样的背景下，本文将围绕飞控系统半物理仿真平台通讯网络构建展开深入的研究，旨在解决当前通讯网络构建中存在的问题和挑战，为飞行器系统的发展和应用提供技术支持和解决方案。

1.2 研究意义

飞控系统在现代飞行器中扮演着至关重要的角色，它负责控制飞行器的航向、高度、速度等参数，保障飞行器的正常运行。而飞控系统的性能直接影响着飞行器的安全性和可靠性。在飞控系统的发展过程中，半物理仿真平台成为了一种重要的研究手段，通过在实验室中搭建仿真环境，可以有效地评估飞控系统的性能，提高系统的稳定性和可靠性。

小型无人机实时仿真系统设计与实现

胡军;邓支益

【期刊名称】《航空电子技术》

【年(卷),期】2004(035)002

【摘要】介绍了一种面向小型无人机实时仿真系统的设计与实现.系统的硬件平台采用PC/104总线的体系结构.利用RTKernel实时核开发基于DOS的实时多任务应用程序.文中就系统结构、飞机模型、传感器仿真、仿真算法实时多任务应用程序编写进行了详细的论述.该系统已成功应用于某小型无人机仿真.

【总页数】5页(P37-41)

【作者】胡军;邓支益

【作者单位】驻上海航空电子公司空军代表室,上海,200233;中国航空无线电电子研究所,上海,200233

【正文语种】中文

【中图分类】V279.2

【相关文献】

1.小型无人机实时仿真系统研究 [J], 耿通奋;黄一敏

2.小型无人机实时仿真系统设计研究——基于MATLAB环境下 [J], 王翌丞;胡延霖;陈永明

3.小型无人机的系统设计与实现 [J], 孙伟;童桂;张志亮;李栋梁;张志伟

4.基于多旋翼无人机的小型海洋磁力数据采集系统设计与实现 [J], 赵展铭;裴彦良;梁冠辉;宗乐;刘保华 5.基于多旋翼无人机的小型海洋磁力数据采集系统设计与实现 [J], 赵展铭;裴彦良;梁冠辉;宗乐;刘保华

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某无人机飞控系统半实物仿真平台设计

薛鹏;肖前贵;高艳辉

【期刊名称】《现代电子技术》

【年(卷),期】2012(035)013

【摘要】The paper introduces a hardware-in-the-loop simulation platform

of a certain UAV flight control system, illustrates the selection principle,

the selection scheme and functions of platform hardware and the design

procedure of self-made components, and describes framework of sub-system simulation software. Finally, the design functions of platform were

achieved and verified by systematic debugging and simulation. The

platform can also be used to assess the UAV flight quality and simulate the

routine training for UAV operators.%介绍了某型无人机飞控系统半实物仿真平台的总体功能,阐述了该平台的硬件选型原则、选型方案、基本功能及自制部件的设计过程,对各分系统仿真软件设计框架进行了描述.最后,通过实际仿真对平台的设计功能进行了验证.该平台也可用于对无人机飞行品质的仿真评估,以及无人机指挥操控人员的日常模拟训练.

【总页数】5页(P111-114,118)

【作者】薛鹏;肖前贵;高艳辉

【作者单位】南京航空航天大学自动化学院,江苏南京 210016;南京航空航天大学自动化学院,江苏南京 210016;南京航空航天大学自动化学院,江苏南京 210016

无人机半物理飞行仿真试验平台设计

魏瑞轩;冯博琴;胡明朗

【期刊名称】《飞行力学》

【年(卷),期】2009(27)5

【摘要】本着方便、实用、经济的原则,利用现有的计算机辅助软件,建立了无人机的一体化仿真试验平台。基于该试验平台建立了飞控设计的规范流程,实现了飞控的工程化、一体化设计。根据该试验平台和规范流程,以一架小型飞机为对象,完成了气动力估算和数值模拟,建立了动力学模型,经过线性化设计了纵向控制器,并对控制律进行了实时仿真和飞行试验验证。

【总页数】4页(P75-78)

【关键词】无人机;飞行动力学模型;半物理仿真;视景仿真

【作者】魏瑞轩;冯博琴;胡明朗

【作者单位】西安交通大学电子信息学院,陕西西安710049;空军工程大学工程学院．陕西西安710038

【正文语种】中文

【中图分类】V279;TP391.9

【相关文献】

1.基于Matlab和VxWorks的无人机飞控系统半物理仿真平台研究 [J], 吴成富;段晓军;吴佳楠;马松辉

2.无人机飞行控制半物理仿真系统设计 [J], 吕旸;万小朋 3.飞行控制系统半物理仿真试验平台设计 [J], 孙银娣

4.微型多旋翼无人机半物理虚拟飞行和控制实验平台 [J], 马忠丽;刘宏达;张兰勇;彭秀艳

5.无人机飞行控制半实物仿真系统设计与实现 [J], 吕永玺;屈晓波;史静平

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微型多旋翼无人机半物理虚拟飞行和控制实验平台

DOI:１０．１６７９１/j．cnki．sjg．２０１９．０５．０２５　虚拟仿真技术

微型多旋翼无人机半物理虚拟飞行和控制实验平台

马忠丽１,刘宏达２,张兰勇２,彭秀艳２

(１．成都信息工程大学控制工程学院,四川成都　６１０２２５;

２．哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨　１５０００１)

摘　要:为帮助学生更好地学习微型无人机相关知识,设计建成一体化的微型四旋翼无人机半物理虚拟仿真

实验平台.由可升降装置和万向节联结组成平台基底,地面站软件对四旋翼无人机进行在线控制,四旋翼无

人机虚拟系统利用Unity３D搭建.通过虚拟运动场景搭建、运动控制和物理系统,完成四旋翼无人机的虚拟

仿真实验.制作了四旋翼无人机组装动画,由实验平台的用户界面系统将实验平台的各个部分结合起来.

关键词:无人机;仿真实验;飞行控制;PID控制;Unity３D

中图分类号:V２７９＋．２;TP３９１．９文献标识码:A 文章编号:１００２Ｇ４９５６(２０１９)０５Ｇ０１１５Ｇ０４

SemiＧphysicalvirtualflightandcontrolexperimentplatform

formicroandmultiＧrotorUAV

MAZhongli１,LIUHongda２,ZHANGLanyong２,PENGXiuyan２

(１．CollegeofControlEngineering,ChengduUniversityofInformationTechnology,Chengdu６１０２２５,China;

２．CollegeofAutomation,HarbinEngineeringUniversity,Harbin１５０００１,China)

Abstract:InordertohelpstudentstolearnmoreaboutmicroＧUAV(unmannedaerialvehicle),anintegrated

semiＧphysicalvirtualsimulationexperimentplatformformicroＧfourＧrotorUAVisdesignedandbuilt．The

基于xPC目标的无人机飞控半实物仿真技术研究与应用

总第２０４期　２０１１年第６期　舰船电子工程　Ｓｈｉｐ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．３１　Ｎｏ．６　１１１　

基于ｘＰＣ目标的无人机飞控半实物　

仿真技术研究与应用　

王翌丞”　胡延霖”　陈雄”　阎永禄　

（防空兵指挥学院”　郑州４５００５２）（蚌埠坦克学院　蚌埠２３３０１３）　

摘要文章在掌握ｘＰＣ　Ｔａｒｇｅｔ工具技术的基础上，以实验室项目为背景，在ｘＰＣ　Ｔａｒｇｅｔ环境下，使用ＭＡＴＬＡＢ的　无人机硬件在回路仿真技术，将建模理论、飞行控制技术、计算机仿真技术、ｘＰＣ目标硬件接口技术、硬件在回路仿真平台构　建技术等融于一体，实现了无人机飞行控制系统开发和测试平台的统一。最后在半物理仿真条件下对设计进行了仿真测　试，验证了仿真平台的可行性。　关键词ｘＰＣ目标；无人机飞控；半实物仿真；研究与应用　中图分类号ＴＰ３９１．９　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｎ　ＵＡＶ　Ｆｌｉｇｈｔ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ＨＩＬＳ　

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｘＰＣ　Ｔａｒｇｅｔ　

Ｗａｎｇ　Ｙｉｃｈｅｎｇ　Ｈｕ　Ｙａｎｌｉｎ　Ｃｈｅｎ　Ｘｉｏｎｇ　Ｙａｎ　Ｙｏｎｇｌｕｚ　（Ａｉｒ　Ｄｅｆｅｎｓｅ　Ｆｏｒｃｅｓ　Ｃｏｍｍａｎｄ　Ａｃａｄｅｍｙ”，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５００５２）　（Ｂｅｎｇｂｕ　Ｔａｎｋ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＰＬＡ２　，Ｂｅｎｇｂｕ　２３３０１３）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｍａｓｔｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｏｆ　ＸＰＣ　ｔａｒｇｅｔ　ｔｏｏｌｂｏｘ　ａｎｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｘｔ　ｏｆ　ａ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｎ　ｌａｂ．　ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｍａｋｅｓ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ＭＡＴＬＡＢ’Ｓ　ＵＡＶ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｉｎ　ｌｏｏｐ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｍｅｒｇｅ　ｗｉｔｈ　ａ　ｎｕｍ—　ｂｅｒ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｎ　ｍｏｒｅ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｔｅｒｍｓ，ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｃｈｉｖｅｓ　ｔｏ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｔｈｅｏｒｙ，ａｎｄ　ｆｌｉｇｈｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓ—　ｔｅｒｎ，ａｎｄ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ　ｘＰＣ　ｔａｒｇｅｔ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｔｏｇｅｔｈｅｒ．Ｓｅｃｏｎｄ，ｕｎｉｆｉｅｓ　ＵＡＶ　ｆｌｉｇｈｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ＨＩＬＳ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｔｈｉｒｄ，ｓｉｍｕｌａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ｏｆ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｉｎ－ｔｈｅ－ｌｏｏｐ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｖｅｒｉｆｉｅｓ　ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ　ｘＰＣ　ｔａｒｇｅｔ，ＵＡＶ　ｆｌｉｇｈｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ＨＩＬＳ，ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｃｌａｓｓ　Ｎｕｍｂｅｒ　ＴＰ３９］．９　

基于虚拟现实的无人机飞控系统半物理仿真研究

程林;樊琼剑;杨忠;沈春林

【期刊名称】《机械设计与制造工程》

【年(卷),期】2006(035)019

【摘要】研究了基于虚拟现实的无人机飞控系统半物理仿真平台,将飞控计算机和执行机构等实物接入系统,利用OpenGL建立无人机模型和飞行场景,采用分布式地面站网络实时显示无人机在虚拟环境下的飞行状态,实现可视化的半物理仿真验证,其效果令人满意.

【总页数】3页(P96-98)

【作者】程林;樊琼剑;杨忠;沈春林

【作者单位】南京航空航天大学,自动化学院,江苏,南京,210016;南京航空航天大学,自动化学院,江苏,南京,210016;南京航空航天大学,自动化学院,江苏,南京,210016;南京航空航天大学,自动化学院,江苏,南京,210016

【正文语种】中文

【中图分类】V249.1

【相关文献】

1.基于Matlab和VxWorks的无人机飞控系统半物理仿真平台研究 [J], 吴成富;段晓军;吴佳楠;马松辉

2.基于VxWorks的无人机半物理仿真研究 [J], 李军伟;袁冬莉

3.基于GPS仿真器的无人机导航系统半物理仿真研究 [J], 王小斌;闫建国;凌琼 4.基于虚拟现实的无人机飞控系统半物理仿真研究 [J], 程林;樊琼剑;杨忠;沈春林

5.基于多旋翼无人机的电力巡线飞控系统研究与实现 [J], 石蕾;朱点;周小红;曾怡

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基于半实物仿真平台的通用无人机系统模拟器设计

作者：倪怡涛李俊杰李晓明

来源：《软件工程》2021年第06期

摘要：無人机本身是一个复杂的机电系统，是机械、电子、通讯、控制、信息等技术的高度融合体，如何模拟无人机单元是这些系统开发的一个重要课题。本文提出了基于通用半实物仿真平台的无人机模拟方案，与传统的数学模型或数据驱动模型方案相比，该模拟方案更接近真实系统，更容易模拟各种故障，同时也更容易与真实系统进行替换，方便系统整体的开发、测试与运行。提出的模拟器方案基于单元模拟，通过对无人机系统内各个单元的数据交互和通讯协议进行抽象，以真实的接口实现单元之间的数据交互，将无人机飞行模型仿真单元嵌入系统中，实现最大程度接近真机的模拟。测试表明，该模拟方案不但可以用于总体系统的开发和调试，而且对无人机自身的研制、测试等起到了关键作用。

关键词：无人机系统;组件;仿真;通讯

中图分类号：TP311.5 文献标识码：A Abstract： Unmanned Aerial Vehicle （UAV）， a complex electromechanical system， is a

high integration of machinery， electronics， communication， control， information and other

technologies. How to simulate the UAV unit is an important topic in developing these systems. This

paper proposes a UAV simulation solution based on semi-physical simulation platform. Compared

with traditional mathematical model or data-driven model program， the simulation solution is closer

无人机半实物仿真系统串口通信模块设计

中国科技信息2019年第1期·CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jan.2019

-54-◎31万～60万

随着现代社会的发展，无人机重量轻、体积小、造价低、隐蔽性好，特别适于执行危险性大的任务等优点极大的促进着人们的生活，而无人机系统的实物实验风险高，代价大等现实问题也给人们带来了巨大的困扰，半实物仿真为无人机研制实验的最优的手段，可对无人机进行全系统综合测试。极大缩短实验周期，节约试飞次数，节省研制费用。研制无人机半实物仿真系统有着重要的意义。串口通信是半实物仿真系统所必须的模块。它用来实现信号的传输以及转换，能够根据控制仿真系统的实验要求，将仿真机与实物、仿真设备以及外围设备相连接，在不同的仿真设备间实现信号通信和传输，为仿真系统的正常工作提供保证。系统结构无人机半实物仿真系统组成结构如图1所示。仿真系统的工作流程为：将陀螺等传感器放置在转台上用以感受飞机的运动姿态，并将传感器信号传给转台控制柜，运动解算计算机被用来实现半实物仿真的控制。半实物仿真将在给定模型参数以及初始条件后开始。运动解算计算机用来解算无人机的运动方程，并将解算后的姿态角和角速度信号输出到飞行模拟转台控制柜。飞机模拟转台控制柜获得飞机的姿态信号后，控制转台复现飞机的运动姿态。飞行控制器由接收到的传感器信号产生舵偏控制信息，并将其传给仿真计算机。仿真计算机根据舵偏角信息进行下一个周期的运动计算。如此反复直到仿真停止。运动解算计算机与转台控制的通讯速率需要达到921.6kbps，需要采用RS422接口，并且需要高速串口卡。普通的串口传输速率最大为115.2kbPs，能够满足机载飞控系统的计数要求，使用普通的RS485接口更为稳妥。行业曲线linkindustryappraisementDOI：10.3969/j.issn.1001- 8972.2019.01.017可替代度影响力可实现度行业关联度真实度通信模块编程通讯原理本项目使用MATLAB中的设备控制工作条实现下位机与上位机的相互通信，M文件函数和接口驱动适陪器为MATLAB提供了与外设的通讯功能，原理如图2所示。RS485/RS422串口通信协议RS485接口标准主要面向于多站互联，不需要数字地线，以差分方式发送和接受数据，能够半双工工作，最大传输速率为115.2kbPs；最大传输距离为1200m，能够差分传送高阻抗噪声，实现双向主从通信，符合本项目中机载飞控系统的技术指标要求。RS485具有以下主要特点。（1）RS485采用差分信逻辑，有两线制和四线制两种接线，四线制是全双工通讯方式，两线制是半双工通讯方式。一般采用主从通信方式，即一个主机带多个从机。是一种平衡传输方式的串行接口标准。（2）在低速率、无干扰、短距传送的情况下普通的双绞线更为适合，但对于高速率、长线传输时，则必须使用RS485专用电缆。理论上，通信速率在115.2kbPs及以下时，RS485的传输距离最大可达1200米，在信号传输过程中可以通过增加中继来放大信号，使得最大传输距离可以达到9.6公里。（3）RS485的共线电路结构能够实现在数据传送中的多个驱动器和收发器公用同一传输线的多点应用，使得其接收器，发送器和收发器的组合单元可连接在平衡传送线上的高丰博，沈阳航空航天大学，学生。基金：大学生创新创业训练计划高丰博无人机半实物仿真系统串口通信模块设计无人机半实物仿真以试验周期短，研制费用低等优点在工程中广泛应用，串口通信为其主要通信方式，本文阐述了无人机半实物仿真系统的通信原理，给出了串口通信模块设计的主要编程代码，实现了无人机半实物仿真系统的正常运转。