四旋翼飛行器半物理模型實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)研究.pdf

1、四旋翼飛行器作為一種新型的無(wú)人飛行器,在軍事和民用方面得到了廣泛關(guān)注。而如何研發(fā)一套四旋翼飛行器飛控系統(tǒng)并對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試成為了廣受關(guān)注的研究?jī)?nèi)容。仿真技術(shù)作為控制理論領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù),被普遍應(yīng)用于系統(tǒng)仿真和性能評(píng)估,而仿真技術(shù)中可信度最高的半物理仿真技術(shù)不可避免的成為了進(jìn)行系統(tǒng)仿真和測(cè)試的最佳選擇。本文針對(duì)四旋翼飛行器這種特殊的無(wú)人飛行器,結(jié)合國(guó)內(nèi)外對(duì)四旋翼飛行器半物理仿真平臺(tái)的研究情況以及存在問(wèn)題,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套能夠?qū)?/p>

2、四旋翼飛行器飛控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行測(cè)試的半物理模型實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)。該系統(tǒng)可以對(duì)四旋翼飛行器飛控系統(tǒng)的控制效果、靈敏度等動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行測(cè)試,尤其實(shí)現(xiàn)陣風(fēng)、風(fēng)切變和紊流等復(fù)雜氣象條件下的四旋翼飛行器飛行模擬;能對(duì)飛控系統(tǒng)的傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(shù)據(jù)。
　　本文首先對(duì)四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)和受力情況進(jìn)行了分析,且針對(duì)不同外界環(huán)境流場(chǎng)下的四旋翼飛行器受影響情況做了流體力學(xué)分析和仿真,獲得了外界風(fēng)場(chǎng)的誘導(dǎo)

3、速度與四旋翼飛行器姿態(tài)、旋翼轉(zhuǎn)速和旋翼產(chǎn)生的流場(chǎng)的誘導(dǎo)速度間的關(guān)系。其次,以理論力學(xué)分析結(jié)果和流體力學(xué)分析結(jié)果作為理論基礎(chǔ),結(jié)合四旋翼飛行器動(dòng)力學(xué)模型,構(gòu)建了半物理仿真平臺(tái)的數(shù)學(xué)模型。并根據(jù)互補(bǔ)濾波原理設(shè)計(jì)了基于互補(bǔ)濾波器的四元數(shù)法姿態(tài)解算方法。最后,根據(jù)構(gòu)建的半物理仿真平臺(tái)的數(shù)學(xué)模型,綜合考慮了四旋翼飛行器的各部分參數(shù),利用 FPGA技術(shù)構(gòu)建了環(huán)境模擬系統(tǒng)及通信控制系統(tǒng),采用 STM32單片機(jī)技術(shù)構(gòu)建了信號(hào)處理系統(tǒng)及機(jī)載測(cè)量系統(tǒng),利用