固定翼飛行器實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)及仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固定翼飛行器仿真領(lǐng)域，尤其涉及一種固定翼飛行器實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)及仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的飛行器設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試飛驗(yàn)證是一個(gè)復(fù)雜而漫長的過程，現(xiàn)有的飛行器試飛技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和試驗(yàn)成本都非常高。
[0003]現(xiàn)在最基本的方法是對(duì)所設(shè)計(jì)的飛行器模型進(jìn)行全數(shù)字仿真，現(xiàn)有的全數(shù)字仿真實(shí)時(shí)性差、通用性差。首先，MATLAB/Simulink仿真技術(shù)是欠實(shí)時(shí)或者超實(shí)時(shí)的，由于飛行器模型過于復(fù)雜，數(shù)字仿真一般都是欠實(shí)時(shí)仿真，仿真時(shí)間極其緩慢；其次，傳統(tǒng)的飛行器仿真技術(shù)僅適用于單一型號(hào)的飛行器，如果直接對(duì)MATLAB/Simulink中的飛行器模型進(jìn)行C語言代碼改寫不僅要進(jìn)行正確的離散化處理，還要用C代碼編寫控制算法以及飛行器模型的各個(gè)環(huán)節(jié)，這將面臨的是極其繁重的代碼編寫，不但增加了開發(fā)周期，而且代碼的質(zhì)量也不能保證，后期的調(diào)試工作也極其復(fù)雜，增大了仿真成本。
[0004]為了能和真實(shí)時(shí)間同步，就要對(duì)飛行器進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，就需要利用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。為了避免復(fù)雜的編程及調(diào)試工作，就需要設(shè)計(jì)通用性的飛行器實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。
[0005]因此，如何使飛行器仿真系統(tǒng)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的控制算法、實(shí)時(shí)地模擬飛行場(chǎng)景并提高飛行器仿真系統(tǒng)的通用性、降低仿真成本成為亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:現(xiàn)有的飛行器仿真技術(shù)中實(shí)時(shí)性差、通用性差、仿真成本高的問題。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種固定翼飛行器實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:下位機(jī)、上位機(jī)、地面站單元、儀表單元、視景單元和參數(shù)接口單元；
[0008]所述下位機(jī)用于在所述實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行飛行器模型；
[0009]所述上位機(jī)用于將飛行器模型應(yīng)用程序編譯進(jìn)實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)中，并將編譯后的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)送到所述下位機(jī)中；用于實(shí)時(shí)修改飛行器模型的PID控制參數(shù)、監(jiān)測(cè)控制所述飛行器模型的運(yùn)行狀態(tài)；
[0010]所述地面站單元包括控制模塊、數(shù)據(jù)模塊和地圖模塊，所述控制模塊用于發(fā)送控制指令至所述飛行器模型，所述數(shù)據(jù)模塊用于接收所述飛行器模型發(fā)送的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)，所述地圖模塊用于根據(jù)所述飛行器模型的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄所述飛行器模型的飛行軌跡；
[0011]所述儀表單元用于根據(jù)接收到的所述下位機(jī)發(fā)送的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)判斷所述飛行器模型是否正常飛行；
[0012]所述視景單元用于根據(jù)接收到的所述下位機(jī)發(fā)送的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示所述飛行器模型的飛行狀態(tài)；
[0013]所述參數(shù)接口單元用于向所述下位機(jī)發(fā)送指定的飛行器模型參數(shù)以實(shí)現(xiàn)指定的固定翼飛行器的實(shí)時(shí)仿真。
[0014]可選地，所述上位機(jī)具體用于:
[0015]控制所述飛行器模型的啟動(dòng)和停止，修改所述飛行器模型的PID控制參數(shù)，接收所述下位機(jī)發(fā)送的飛行器模型的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)并顯示。
[0016]可選地，所述控制模塊具體用于:
[0017]發(fā)送初始化數(shù)據(jù)至所述下位機(jī)，所述初始化數(shù)據(jù)包括機(jī)場(chǎng)三維坐標(biāo)、機(jī)場(chǎng)方位角、燃油重量和飛行器載重量；
[0018]設(shè)置所述飛行器模型的任務(wù)模式，所述飛行器模型的任務(wù)模式包括手動(dòng)模式和自動(dòng)模式；
[0019]發(fā)送導(dǎo)航點(diǎn)和導(dǎo)航指令至所述下位機(jī)。
[0020]可選地所述上位機(jī)，具體用于:
[0021]根據(jù)選定的飛行器型號(hào)，搭建Simulink模型；
[0022]利用實(shí)時(shí)工作箱RTW技術(shù)將所述模型編譯生成C代碼，在C代碼中增加所述上位機(jī)和所述下位機(jī)通信的代碼，生成飛行器模型應(yīng)用程序，將飛行器模型應(yīng)用程序編譯進(jìn)Vxworks 系統(tǒng)。
[0023]可選地，所述下位機(jī)、所述上位機(jī)、所述地面站單元、所述儀表單元、所述視景單元和所述參數(shù)接口單元通過路由器組成局域網(wǎng)。
[0024]可選地，所述下位機(jī)還包括半物理仿真接口，所述下位機(jī)通過所述半物理仿真接口與半物理仿真系統(tǒng)相連；
[0025]所述上位機(jī)還包括傳感器仿真模塊，所述傳感器仿真模塊用于根據(jù)所述半物理仿真系統(tǒng)檢測(cè)到的真實(shí)飛行器的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)調(diào)整所述飛行器模型的飛行參數(shù)和大氣參數(shù)。
[0026]本發(fā)明還提出了一種固定翼飛行器實(shí)時(shí)仿真方法，包括以下步驟:
[0027]上位機(jī)發(fā)送編譯后的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)至下位機(jī)，重新啟動(dòng)所述下位機(jī)；
[0028]所述上位機(jī)發(fā)送啟動(dòng)指令至下位機(jī)中的飛行器模型，所述飛行器模型在所述實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)中運(yùn)行；
[0029]地面站單元的控制模塊發(fā)送控制指令至所述飛行器模型；
[0030]所述下位機(jī)向所述上位機(jī)、地面站單元、儀表單元和視景單元發(fā)送飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)。
[0031]可選地，所述上位機(jī)發(fā)送編譯后的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)至下位機(jī)之前，該方法還包括:
[0032]利用路由器搭建局域網(wǎng)，所述局域網(wǎng)包括下位機(jī)、上位機(jī)、地面站單元、儀表單元、視景單元和參數(shù)接口單元；
[0033]在所述上位機(jī)中搭建飛行器模型；
[0034]配置所述儀表單元和所述視景單元的參數(shù)；
[0035]在所述上位機(jī)中將所述飛行器模型編譯進(jìn)實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)中，所述上位機(jī)將編譯后的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)送到所述下位機(jī)中。
[0036]可選地，固定翼飛行器實(shí)時(shí)仿真方法還包括:
[0037]參數(shù)接口單元發(fā)送飛行器模型的參數(shù)至所述下位機(jī)，以進(jìn)行指定型號(hào)的固定翼飛行器實(shí)時(shí)仿真。
[0038]可選地，固定翼飛行器實(shí)時(shí)仿真方法還包括:
[0039]所述上位機(jī)向所述下位機(jī)發(fā)送飛行器模型的PID控制參數(shù)。
[0040]本發(fā)明提供一種固定翼飛行器實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)及仿真方法，直接對(duì)設(shè)計(jì)的控制算法進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后，接入地面站單元、儀表單元及視景單元構(gòu)成實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，實(shí)時(shí)地模擬飛行場(chǎng)景并提高飛行器仿真系統(tǒng)的通用性，避免了復(fù)雜的編程及調(diào)試工作，降低了仿真成本。本發(fā)明利用實(shí)時(shí)工作箱RTW技術(shù)實(shí)現(xiàn)在飛行器模型運(yùn)行時(shí)調(diào)整PID控制參數(shù)，脫離了 Simulink外部模式實(shí)時(shí)調(diào)參的功能。利用本發(fā)明能在飛行器生產(chǎn)前發(fā)現(xiàn)問題，優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低試驗(yàn)成本及風(fēng)險(xiǎn)。
【附圖說明】
[0041]通過參考附圖會(huì)更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中:
[0042]圖1示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的固定翼飛行器實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)圖；
[0043]圖2示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的固定翼飛行器實(shí)時(shí)仿真方法圖；
[0044]圖3示出了 RTW(Real-Time Workshop，實(shí)時(shí)工具箱)技術(shù)原理圖；
[0045]圖4示出了固定翼飛行器中參數(shù)接口單元的界面；
[0046]圖5示出了基于Vxworks的實(shí)時(shí)仿真程序；
[0047]圖6示出了上位機(jī)單元界面；
[0048]圖7示出了地面站單元界面。
【具體實(shí)施方式】
[0049]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0050]圖1示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的固定翼飛行器實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)圖。如圖1所示，該固定翼飛行器實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)包括:下位機(jī)1、上位機(jī)2、地面站單元3、儀表單元4、視景單元5和參數(shù)接口單元6 ;
[0051]下位機(jī)I用于在所述實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行