四旋翼飛行器半物理模型實時仿真系統(tǒng)研究.pdf

1、四旋翼飛行器作為一種新型的無人飛行器,在軍事和民用方面得到了廣泛關注。而如何研發(fā)一套四旋翼飛行器飛控系統(tǒng)并對其性能進行測試成為了廣受關注的研究內容。仿真技術作為控制理論領域和計算機技術領域的專業(yè)技術,被普遍應用于系統(tǒng)仿真和性能評估,而仿真技術中可信度最高的半物理仿真技術不可避免的成為了進行系統(tǒng)仿真和測試的最佳選擇。本文針對四旋翼飛行器這種特殊的無人飛行器,結合國內外對四旋翼飛行器半物理仿真平臺的研究情況以及存在問題,設計開發(fā)了一套能夠對

2、四旋翼飛行器飛控系統(tǒng)的動態(tài)性能進行測試的半物理模型實時仿真平臺。該系統(tǒng)可以對四旋翼飛行器飛控系統(tǒng)的控制效果、靈敏度等動態(tài)性能進行測試,尤其實現陣風、風切變和紊流等復雜氣象條件下的四旋翼飛行器飛行模擬;能對飛控系統(tǒng)的傳感器測量數據進行實時有效的監(jiān)控,為飛控系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的參考姿態(tài)數據。
　　本文首先對四旋翼飛行器的結構和受力情況進行了分析,且針對不同外界環(huán)境流場下的四旋翼飛行器受影響情況做了流體力學分析和仿真,獲得了外界風場的誘導

3、速度與四旋翼飛行器姿態(tài)、旋翼轉速和旋翼產生的流場的誘導速度間的關系。其次,以理論力學分析結果和流體力學分析結果作為理論基礎,結合四旋翼飛行器動力學模型,構建了半物理仿真平臺的數學模型。并根據互補濾波原理設計了基于互補濾波器的四元數法姿態(tài)解算方法。最后,根據構建的半物理仿真平臺的數學模型,綜合考慮了四旋翼飛行器的各部分參數,利用 FPGA技術構建了環(huán)境模擬系統(tǒng)及通信控制系統(tǒng),采用 STM32單片機技術構建了信號處理系統(tǒng)及機載測量系統(tǒng),利用