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Accexp無人機飛行仿真技術(shù)解決方案
2017-04-25
如今無人機工況條件日趨復(fù)雜惡劣，任務(wù)要求精度很高，同時需要保證無人機較高的可靠性。所以無人機系統(tǒng)復(fù)雜性與日俱增，開發(fā)難度極大，開發(fā)周期漫長，同時也阻礙了相應(yīng)控制系統(tǒng)的迭代更新。 Accexp在無人機飛行領(lǐng)域涉及無人機仿真系統(tǒng)建模、無人機系統(tǒng)半實物仿真等相關(guān)領(lǐng)域的研究，并承接過大量關(guān)于無人機飛行仿真技術(shù)的項目，擁有豐富的無人機飛行仿真建模與調(diào)試經(jīng)驗。
Accexp在無人機飛行仿真領(lǐng)域能夠提供多種服務(wù)，包括：
Accexp在無人機飛行仿真領(lǐng)域能夠提供多種服務(wù)，包括：
• 提供全方位評價飛機系統(tǒng)品質(zhì)的仿真平臺；
• 提供全數(shù)字通用無人機飛行仿真系統(tǒng)模型；
• 提供導(dǎo)航系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、發(fā)動機控制系統(tǒng)等無人機各分系統(tǒng)的模型仿真；
• 在無人機總體方案論證階段，通過替換或修改無人機的氣動數(shù)據(jù)、總體數(shù)據(jù)，利用飛行仿真系統(tǒng)給出的仿真結(jié)果進(jìn)行定性定量分析；
• 在無人機設(shè)計驗證階段，利用無人機飛行仿真系統(tǒng)提供的模型數(shù)據(jù)和設(shè)備接口，與無人機系統(tǒng)的真實部件進(jìn)行連接，開展各種飛行仿真試驗。
解決方案
無人機仿真模型采用MATLAB/Simulink實現(xiàn)，其中無人機的飛行動力學(xué)模型、控制模型、導(dǎo)航模型等通過Simulink搭建實現(xiàn)，仿真模型的參數(shù)設(shè)置通過MATLAB開發(fā)實現(xiàn)。系統(tǒng)的組成如下圖所示：
仿真所使用的無人機飛行仿真系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)如1所示，圖中仿真系統(tǒng)主要由環(huán)境模塊、無人機系統(tǒng)模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、操縱桿信號處理模塊等部分組成。
主要關(guān)鍵技術(shù)如下：
• 環(huán)境模塊
在環(huán)境模塊中主要考慮了地形因素、風(fēng)場因素、大氣狀態(tài)因素與重力加速度因素。其中地形環(huán)境可根據(jù)用戶需要自行設(shè)置，風(fēng)場部分通過simulink的自帶風(fēng)切變模塊、紊流模塊與離散突風(fēng)模塊構(gòu)造了較為一般化的自然風(fēng)。
• 操縱桿信號處理模塊
無人機飛行仿真系統(tǒng)模型支持操縱桿控制，可接收操縱桿發(fā)送的油門指令、無人機姿態(tài)調(diào)節(jié)指令和升降指令，并利用接收到的指令數(shù)據(jù)進(jìn)行模型解算，實現(xiàn)對無人機姿態(tài)和飛行高度的控制，方便用戶模擬對無人機的駕駛。
• 無人機系統(tǒng)模塊
無人機系統(tǒng)模塊如下圖所示，該模塊包含了無人機本體動力學(xué)模型、導(dǎo)航、發(fā)動機以及控制等所有功能模塊。首先，制導(dǎo)模塊向控制模塊給出當(dāng)前飛行階段的軌跡姿態(tài)指令信號，這些信號在控制模塊中通過針對無人機模型設(shè)計的控制律解算出完成飛行任務(wù)各個舵面所需的偏轉(zhuǎn)量與發(fā)動機推力所需的調(diào)整量，并將這些操控數(shù)據(jù)傳遞給無人機動力學(xué)模型。無人機動力學(xué)模型根據(jù)當(dāng)前的運動狀態(tài)與操縱數(shù)據(jù)，計算作用在無人機上的所有外力、力矩，這些計算還依賴于模型初始化時定義的無人機各項氣動導(dǎo)數(shù)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可在模塊初屬性中更改。得到了合外力與力矩后，根據(jù)六自由度動力學(xué)模塊就可解算出無人機新的運動狀態(tài)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會繼續(xù)迭代到氣動力與環(huán)境參數(shù)計算模塊中繼續(xù)解算無人機模型后續(xù)的運動狀態(tài)，如此循環(huán)迭代求解一段時間之內(nèi)無人機的各項飛行參數(shù)。
參數(shù)設(shè)置界面
參數(shù)設(shè)置界面
無人機仿真系統(tǒng)的運行需要詳細(xì)的無人機數(shù)據(jù)的支持，這些數(shù)據(jù)中有一部分與無人機本體特性有關(guān)，不需要經(jīng)常改動（如氣動導(dǎo)數(shù)），而有一部分參數(shù)可能經(jīng)常隨飛行階段或飛機狀態(tài)的改變發(fā)生變化（如重量、慣矩等）。仿真系統(tǒng)在設(shè)計過程中將不需經(jīng)常改動的數(shù)據(jù)定義在模型初始化的與處理程序中供模型調(diào)用，將可能經(jīng)常變動的參數(shù)通過一個單獨設(shè)計的參數(shù)設(shè)置界面進(jìn)行定義。每次運行模型之前，用戶可在該界面中對無人機的各項參數(shù)進(jìn)行快速修改。
在參數(shù)配置界面中，用戶可針對仿真與環(huán)境、幾何參數(shù)、初始運動狀態(tài)、執(zhí)行機構(gòu)特性和航跡參數(shù)設(shè)置五部分參數(shù)進(jìn)行快速設(shè)置。界面中默認(rèn)填充無人機原始的各項數(shù)據(jù)，用戶可點擊“清空”將該部分已填充項清空，點擊“默認(rèn)”可將原始默認(rèn)值重新填充到各項目中。
• 多種試驗構(gòu)型
在閉環(huán)系統(tǒng)中，導(dǎo)航系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、發(fā)動機控制系統(tǒng)等各分系統(tǒng)既可以是全數(shù)字的仿真模式，用于前期算法研究和確認(rèn)；也可以任意替換實物產(chǎn)品，構(gòu)成實時仿真模式，用于實物產(chǎn)品的試驗驗證。
主要優(yōu)勢
Accexp可獨立完成無人機仿真模型的總體設(shè)計、研發(fā)、調(diào)試和項目交付等工作。并擁有獨特的優(yōu)勢：
• 專業(yè)的無人機仿真建模技術(shù)；
• 專業(yè)的無人機仿真系統(tǒng)設(shè)計實施能力；
• 豐富的工程實踐經(jīng)驗與半實物仿真經(jīng)驗；
• 齊全的專業(yè)隊伍，分工協(xié)作（包括導(dǎo)航系統(tǒng)建模團(tuán)隊、飛行控制系統(tǒng)團(tuán)隊、發(fā)動機控制系統(tǒng)團(tuán)隊、半實物仿真系統(tǒng)團(tuán)隊等）；
• 完善的管理體系支撐。
客戶收益
采用Accexp的無人機飛行仿真技術(shù)，客戶可以獲得以下收益：
• 快速完成無人機系統(tǒng)方案的可行性論證，大大提升其靈活性與經(jīng)濟性；
• 可驗證飛行任務(wù)的可行性；
• 快速驗證無人機系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果；
• 提高飛機系統(tǒng)試驗、調(diào)試和訓(xùn)練過程中的安全性；
• 縮短無人機飛行仿真系統(tǒng)開發(fā)周期，降低研制費用；
• 為研發(fā)任務(wù)提供巨大便利，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)更新迭代速度，可適應(yīng)市場需求環(huán)境的快速變化。
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