CN109823566A - 一种垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台，主要包括支杆、垂直起降飞行器模拟器、转动副、测试台架及角度测量器，可以模拟垂直起降飞行器的俯仰(或滚转)、沉浮和偏航运动。本发明中的飞行控制系统随垂直起降飞行器模拟器一起运动，飞行控制系统通过内置传感器测量垂直起降飞行器模拟器运动信息，驱动垂直起降飞行器模拟器系统产生控制力/力矩，使得垂直起降飞行器模拟器跟踪期望指令，可以更加真实的模拟垂直起降飞行器的实际飞行。通过对比飞控系统传感器中采集的垂直起降飞行器模拟器的姿态、速度、位置信息与角度传感器采集的转角信息可以测试飞行控制系统软、硬件问题，实现对垂直起降飞行器控制系统的全方位模拟测试。
Description
技术领域
本发明涉及航空技术领域，具体为一种垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台。
背景技术
垂直起降飞行器在开发飞行控制算法的过程中，通常是先仿真再实际飞行测试，在整个开发过程中，仿真后的算法不能直接应用到实际飞行中，实际飞行控制算法要重新编程，在修正更改飞行控制算法或者加装其它设备后，须要对垂直起降飞行器飞行姿态进行测试，反复的调试过程会受到场地、天气等各方面因素影响增加成本，造成安全等问题。为了解决上述问题，业内采用了多种飞行控制系统测试平台。
公开号是CN108733574A的专利文件公开了一种用于无人机控制算法的综合开发与测试装置，包括计算机、控制器、旋翼测试台三大部分构成。计算机上运行Matalb/Simulink软件，对无人机控制算法进行仿真，仿真后的程序可以下载到控制器，控制器运行无人机控制程序并控制旋翼测试台上的旋翼模拟器进行仿真，同时采集旋翼测试台上的三个自由度的位置和姿态信息，判断控制算法与无人机实际位置和姿态，实现无人机控制算法的实际测试。但是由于其飞行控制系统与测试平台为分开放置，并未考虑到真实飞行状态控制器根据飞行姿态的改变受到的响应扰动，响应速度相比由真实飞行状态通过安装在飞机上的飞行控制系统直接存储和采集的控制指令信息和姿态信息存在误差，同时包含陀螺仪传感器、加速度传感器、罗盘等硬件的飞行控制系统传感器与测量转动副转角信息的角度传感器特性不同，另外由于飞行控制系统未跟随飞行器模拟器发生姿态变化，飞行控制系统的传感器无法采集数据与测试平台上的角度传感器进行对比，对飞行控制系统的传感器及导航算法检验效果较差。
本发明采用三自由度运动平台的布局，使得垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台可以模拟垂直起降飞行器的俯仰(或滚转)、沉浮和偏航运动，模拟测试仿真程度高；本发明将飞行控制系统安装在垂直起降飞行器模拟器上，随垂直起降飞行器模拟器一起运动，飞行控制系统的传感器测量垂直起降飞行器模拟器的运动信息，实时采集并存储垂直起降飞行器模拟器的姿态、速度、位置和控制指令信息，通过存储信息可以检验飞行控制系统的传感器及导航算法。由于采用了与真实垂直起降飞机一样的控制系统、传感器及动力系统，因此测试平台可以更加真实模拟分析过程。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有垂直起降飞行器测试平台无法真实模拟垂直起降飞机传感器、驱动器及控制器缺陷，从而提供一种垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台。
本发明垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台属于航空领域，其特征(如图1所示)在于，含有：支杆1、第一转动副2和垂直起降飞行器模拟器3；所述垂直起降飞行器模拟器3，其特征(如图2所示)在于，包括：连接杆3-1、第一螺旋桨动力系统3-2、第二螺旋桨动力系统3-3、飞行控制系统3-4及电池组3-5；所述第一螺旋桨动力系统3-2、第二螺旋桨动力系统3-3、飞行控制系统3-4及电池组3-5与连接杆3-1连接，飞行控制系统3-4与第一螺旋桨动力系统3-2、第二螺旋桨动力系统3-3通过信号线连接，电池组3-5与第一螺旋桨动力系统3-2、第二螺旋桨动力系统3-3、飞行控制系统3-4通过电线相连，为它们提供电能源；垂直起降飞行器模拟器3与支杆1通过第一转动副2连接，垂直起降飞行器模拟器3可以绕着支杆1旋转，用以模拟垂直起降飞行器俯仰(或滚转)运动；飞行控制系统3-4通过无线信号接收外部控制指令，飞行控制算法解算后输出控制指令，驱动第一螺旋桨动力系统3-2和第二螺旋桨动力系统3-3产生推力，飞行控制系统3-4的传感器测量垂直起降飞行器模拟器3的姿态信息，实时采集并存储垂直起降飞行器模拟器3的姿态、速度、位置和控制指令信息，飞行控制系统3-4通过存储的信息可以用于检验飞行控制系统3-4。
本发明要解决的另一个技术问题在于克服现有垂直起降飞行器测试平台无法检验俯仰(或滚转)运动姿态解算的缺陷，从而提供一种垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台。
所述垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台，其特征在于，还包括：第一角度测量传感器4；所述第一角度测量传感器4与第一转动副2连接，第一角度测量传感器4通过信号线与飞行控制系统3-4连接，第一角度测量传感器4测量第一转动副2的转角，第一角度测量传感器4将转角信息实时发送给飞行控制系统3-4；飞行控制系统3-4将试验过程中第一角度测量传感器4的转角信息、飞行控制系统3-4的控制指令信息及垂直起降飞行器模拟器3的姿态信息存储，通过第一角度测量传感器4的转角信息可以检验飞行控制系统3-4的传感器及导航算法。
本发明要解决的另一个技术问题在于克服现有垂直起降飞行器测试平台无法同时模拟垂直起降飞机的俯仰(或滚转)及沉浮运动和真实模拟垂直起降飞机传感器、驱动器及控制器的缺陷，从而提供一种垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台。
所述垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台，其特征在于，还包括：支架5、第二转动副6和配重块7；所述配重块7与支杆1固连，支架5与支杆1通过第二转动副6连接，垂直起降飞行器模拟器3与配重块7分别位于支架5两端，垂直起降飞行器模拟器3距离第二转动副6较远，配重块7距离第二转动副6较近，配重块7重量及其在支杆1上固定的位置可调节，由此可以调节垂直起降飞行器模拟器3的配平推力；飞行控制系统3-4通过第一螺旋桨动力系统3-2和第二螺旋桨动力系统3-3的推力和控制支杆1绕第二转动副6转动，使得支杆1在水平位置小范围转动，垂直起降飞行器模拟器3上下运动用于模拟垂直起降飞机的沉浮运动；飞行控制系统3-4的传感器测量垂直起降飞行器模拟器3的运动信息，实时采集并存储垂直起降飞行器模拟器3的姿态、速度、位置和控制指令信息，通过存储信息可以检验飞行控制系统3-4的传感器及导航算法。
本发明要解决的另一个技术问题在于克服现有垂直起降飞行器测试平台无法检验俯仰(或滚转)及沉浮运动姿态解算缺陷，从而提供一种垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台。
所述垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台，其特征(如图3所示)在于，还包括：第二角度测量传感器8；所述第二角度测量传感器8与第二转动副6连接，第二角度测量传感器8测量第二转动副6的转角，第一角度测量传感器4、第二角度测量传感器8与飞行控制系统3-4通过信号线连接，第一角度测量传感器4、第二角度测量传感器8将转角信息实时发送给飞行控制系统3-4；飞行控制系统3-4将试验过程中第一角度测量传感器4和第二角度测量传感器8的转角信息、飞行控制系统3-4输出的控制指令信息及垂直起降飞行器模拟器3的姿态信息存储，通过第一角度测量传感器4和第二角度测量传感器8的转角信息可以检验飞行控制系统3-4的传感器及导航算法。
本发明要解决的另一个技术问题在于克服现有垂直起降飞行器测试平台无法同时模拟垂直起降飞机的俯仰(或滚转)、沉浮及偏航运动和真实模拟垂直起降飞机传感器、驱动器及控制器缺陷，从而提供一种垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台。
所述垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台，其特征在于，还包括：测试平台底座9、第三转动副10；所述测试平台底座9与支架5通过第三转动副10连接；飞行控制系统3-4控制垂直起降飞行器模拟器3绕第一转动副2转动，使垂直起降飞行器模拟器3与水平面产生一个夹角，第一螺旋桨动力系统3-2和第二螺旋桨动力系统3-3产生的推力在水平方向上的分量使得支架5绕第三转动副10转动，垂直起降飞行器模拟器3产生偏航运动；飞行控制系统3-4的传感器测量垂直起降飞行器模拟器3的运动信息，实时采集并存储垂直起降飞行器模拟器3的姿态、速度、位置和控制指令信息，通过存储信息可以检验飞行控制系统3-4的传感器及导航算法。
本发明要解决的另一个技术问题在于克服现有垂直起降飞行器测试平台无法检验俯仰(或滚转)、沉浮及偏航运动姿态解算缺陷，从而提供一种垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台。
所述垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台，其特征(如图4所示)在于，还包括：第三角度测量传感器11；所述第三角度测量传感器11与第三转动副10连接，第三角度测量传感器11测量第三转动副10的转角，第一角度测量传感器4、第二角度测量传感器8、第三角度测量传感器11与飞行控制系统3-4通过信号线连接，第一角度测量传感器4、第二角度测量传感器8、第三角度测量传感器11将转角信息实时发送给飞行控制系统3-4；飞行控制系统3-4将试验过程中第一角度测量传感器4、第二角度测量传感器8和第三角度测量传感器11的转角信息、飞行控制系统3-4输出的控制指令信息及垂直起降飞行器模拟器3的姿态信息存储，通过第一角度测量传感器4、第二角度测量传感器8和第三角度测量传感器11的转角信息可以检验飞行控制系统3-4的传感器及导航算法。
本发明的优点在于：
(1)将飞行控制系统安装在垂直起降飞行器模拟器上，随垂直起降飞行器模拟器一起运动，飞行控制系统的传感器测量垂直起降飞行器模拟器的运动信息，测试过程中实时采集并存储垂直起降飞行器模拟器的姿态、速度、位置和控制指令信息，通过存储信息可以检验飞行控制系统的传感器及导航算法，由于采用了与真实垂直起降飞机一样的控制系统、传感器及动力系统，由此测试平台可以更加真实模拟分析过程。
(2)采用三自由度运动平台的布局，使得垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台可以模拟垂直起降飞行器的俯仰(或滚转)、沉浮和偏航运动，模拟测试仿真程度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：一种垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台三维图一。
1.支杆，2.第一转动副，3.垂直起降飞行器模拟器。
图2：垂直起降飞行器模拟器三维图。
3-1.连接杆，3-2.第一螺旋桨动力系统，3-3.第二螺旋桨动力系统，3-4.飞行控制系统，3-5.电池组。
图3：一种垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台三维图二。
1.支杆，2.第一转动副，3.垂直起降飞行器模拟器，4.第一角度测量传感器，5.支架，6.转动副二，7.配重块，8.第二角度测量传感器二。
图4：一种垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台三维图三。
1.支杆，2.第一转动副，3.垂直起降飞行器模拟器，4.第一角度测量传感器一，5.支架，6.第二转动副二，7.配重块，8.第二角度测量传感器二，9.测试平台底座，10.第三转动副三，11.第三角度测量传感器三。
图5：一种垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台偏航运动示意图。
具体实施方式
本实施例提供一种垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台，如图4所示，包括：支杆1、第一转动副2、垂直起降飞行器模拟器3、第一角度测量传感器4、支架5、第二转动副6、配重块7、第二角度测量传感器8、测试平台底座9、第三转动副10、第三角度测量传感器11。
所述垂直起降飞行器模拟器3包括连接杆3-1、第一螺旋桨动力系统3-2、第二螺旋桨动力系统3-3、飞行控制系统3-4及电池组3-5；所述第一螺旋桨动力系统3-2、第二螺旋桨动力系统3-3、飞行控制系统3-4及电池组3-5与连接杆3-1固连，飞行控制系统3-4与第一螺旋桨动力系统3-2、第二螺旋桨动力系统3-3通过信号线连接，电池组3-5与第一螺旋桨动力系统3-2、第二螺旋桨动力系统3-3、飞行控制系统3-4通过电线相连，为它们提供电能源。
所述垂直起降飞行器模拟器3与支杆1通过第一转动副2连接，所述配重块7与支杆1连接，支架5与支杆1通过第二转动副6连接，垂直起降飞行器模拟器3与配重块7分别位于支架5两端，垂直起降飞行器模拟器3距离第二转动副6较远，配重块7距离第二转动副6较近，配重块7重量及其在支杆1上固定的位置可调节，由此可以调节垂直起降飞行器模拟器3的配平推力，测试平台底座9与支架5通过第三转动副10连接。
本发明在使用时，所述飞行控制系统3-4通过无线信号接收外部控制指令，通过飞行控制算法解算后输出控制指令，驱动第一螺旋桨动力系统3-2和第二螺旋桨动力系统3-3产生推力，第一螺旋桨动力系统3-2和第二螺旋桨动力系统3-3的推力差用于控制垂直起降飞行器模拟器3绕着第一转动副2转动。
垂直起降飞行器模拟器3总推力为：
T＝T1+T2
T1为第一螺旋桨动力系统3-2产生的推力，T2为第二螺旋桨动力系统3-3产生的推力。
飞行控制系统3-4通过第一螺旋桨动力系统3-2和第二螺旋桨动力系统3-3的推力和控制支杆1绕第二转动副6转动，使得支杆1在水平位置小范围转动，垂直起降飞行器模拟器3上下运动用于模拟垂直起降飞机的沉浮运动；飞行控制系统3-4控制垂直起降飞行器模拟器3绕第一转动副2转动，使垂直起降飞行器模拟器3与水平面产生一个夹角，第一螺旋桨动力系统3-2和第二螺旋桨动力系统3-3的推力和在抵消垂直起降飞行器模拟器3的有效重力后，在水平方向的分力产生了使支杆1、垂直起降飞行器模拟器3、支架5以第三转动副10为转动中心作偏航运动的力矩：
Mz＝(T1+T2)sinθ*L
其中，θ为一螺旋桨动力系统3-2和第二螺旋桨动力系统3-3螺旋桨平面与水平面的夹角，L为第一转动副2到第二转动副6的距离，如图5所示。
飞行控制系统3-4的传感器测量垂直起降飞行器模拟器3的运动信息，实时采集并存储垂直起降飞行器模拟器3的姿态、速度、位置和控制指令信息，通过存储信息可以检验飞行控制系统3-4的传感器及导航算法。
第一角度测量传感器4与第一转动副2连接，第一角度测量传感器4测量第一转动副2的转角，第二角度测量传感器8与第二转动副6连接，第二角度测量传感器8测量第二转动副6的转角，第三角度测量传感器11与第三转动副10连接，第三角度测量传感器11测量第三转动副10的转角，第一角度测量传感器4、第二角度测量传感器8、第三角度测量传感器11与飞行控制系统3-4通过信号线连接，将转角信息实时发送给飞行控制系统3-4；飞行控制系统3-4将试验过程中第一角度测量传感器4、第二角度测量传感器8和第三角度测量传感器11得到的转角信息、飞行控制系统3-4输出的控制指令信息及垂直起降飞行器模拟器3的姿态信息存储，通过第一角度测量传感器4、第二角度测量传感器8和第三角度测量传感器11的转角信息可以检验飞行控制系统3-4的传感器及导航算法。
通过对比飞行控制系统3-4的传感器中采集的垂直起降飞行器模拟器3的姿态、速度、位置信息与角度传感器采集的转角信息可以测试飞行控制系统3-4软、硬件问题，实现垂直起降飞行器控制算法系统的全方位模拟测试。
以上所述的具体实施方法，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台，其特征在于，含有：支杆1、第一转动副2和垂直起降飞行器模拟器3；
所述垂直起降飞行器模拟器3，其特征在于，包括：连接杆3-1、第一螺旋桨动力系统3-2、第二螺旋桨动力系统3-3、飞行控制系统3-4及电池组3-5；所述第一螺旋桨动力系统3-2、第二螺旋桨动力系统3-3、飞行控制系统3-4及电池组3-5与连接杆3-1固连，飞行控制系统3-4与第一螺旋桨动力系统3-2、第二螺旋桨动力系统3-3通过信号线连接，电池组3-5与第一螺旋桨动力系统3-2、第二螺旋桨动力系统3-3、飞行控制系统3-4通过电线相连，为它们提供电能源；
所述垂直起降飞行器模拟器3与支杆1通过第一转动副2连接，垂直起降飞行器模拟器3可以绕着第一转动副2转动，用以模拟垂直起降飞行器俯仰(或滚转)运动；
所述飞行控制系统3-4通过无线信号接收外部控制指令，飞行控制算法解算后输出控制指令，驱动第一螺旋桨动力系统3-2和第二螺旋桨动力系统3-3产生推力，第一螺旋桨动力系统3-2和第二螺旋桨动力系统3-3的推力差控制垂直起降飞行器模拟器3绕着第一转动副2转动，飞行控制系统3-4的传感器测量垂直起降飞行器模拟器3的姿态信息，实时采集并存储垂直起降飞行器模拟器3的姿态、速度、位置和控制指令信息，飞行控制系统3-4通过存储的信息可以用于检验飞行控制系统3-4。
2.根据权利要求1所述的垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台，其特征在于，还包括：第一角度测量传感器4；
所述第一角度测量传感器4与第一转动副2连接，第一角度测量传感器4通过信号线与飞行控制系统3-4连接，第一角度测量传感器4测量第一转动副2的转角，第一角度测量传感器4将转角信息实时发送给飞行控制系统3-4，飞行控制系统3-4将试验过程中第一角度测量传感器4的转角信息、飞行控制系统3-4的控制指令信息及垂直起降飞行器模拟器3的姿态信息存储，通过第一角度测量传感器4的转角信息可以检验飞行控制系统3-4的传感器及导航算法。
3.根据权利要求1或2所述的垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台，其特征在于，还包括：支架5、第二转动副6和配重块7；
所述配重块7与支杆1连接，支架5与支杆1通过第二转动副6连接，垂直起降飞行器模拟器3与配重块7分别位于支架5两端，垂直起降飞行器模拟器3距离第二转动副6较远，配重块7距离第二转动副6较近，配重块7重量及其在支杆1上固定的位置可调节，由此可以调节垂直起降飞行器模拟器3的配平推力；
所述飞行控制系统3-4通过第一螺旋桨动力系统3-2和第二螺旋桨动力系统3-3的推力和控制支杆1绕第二转动副6转动，使得支杆1在水平位置小范围转动，垂直起降飞行器模拟器3上下运动用于模拟垂直起降飞机的沉浮运动；飞行控制系统3-4的传感器测量垂直起降飞行器模拟器3的运动信息，实时采集并存储垂直起降飞行器模拟器3的姿态、速度、位置和控制指令信息，通过存储信息可以检验飞行控制系统3-4的传感器及导航算法。
4.根据权利要求3所述的垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台，其特征在于，还包括：第二角度测量传感器8；
所述第二角度测量传感器8与第二转动副6连接，第二角度测量传感器8测量第二转动副6的转角，第一角度测量传感器4、第二角度测量传感器8与飞行控制系统3-4通过信号线连接，第一角度测量传感器4和第二角度测量传感器8将转角信息实时发送给飞行控制系统3-4；飞行控制系统3-4将试验过程中第一角度测量传感器4和第二角度测量传感器8的转角信息、飞行控制系统3-4输出的控制指令信息及垂直起降飞行器模拟器3的姿态信息存储，通过第一角度测量传感器4和第二角度测量传感器8的转角信息可以检验飞行控制系统3-4的传感器及导航算法。
5.根据权利要求3或4所述的垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台，其特征在于，还包括：测试平台底座9、第三转动副10；
所述测试平台底座9与支架5通过第三转动副10连接；
飞行控制系统3-4控制垂直起降飞行器模拟器3绕第一转动副2转动，使垂直起降飞行器模拟器3与水平面产生一个夹角，第一螺旋桨动力系统3-2和第二螺旋桨动力系统3-3产生的推力在水平方向上的分量使得支架5绕第三转动副10转动，垂直起降飞行器模拟器3产生偏航运动；飞行控制系统3-4的传感器测量垂直起降飞行器模拟器3的运动信息，实时采集并存储垂直起降飞行器模拟器3的姿态、速度、位置和控制指令信息，通过存储信息可以检验飞行控制系统3-4的传感器及导航算法。
6.根据权利要求5所述的垂直起降飞行器飞行控制系统测试平台，其特征在于，还包括：第三角度测量传感器11；
所述第三角度测量传感器11与第三转动副10连接，第三角度测量传感器11测量第三转动副10的转角，第一角度测量传感器4、第二角度测量传感器8、第三角度测量传感器11与飞行控制系统3-4通过信号线连接，将转角信息实时发送给飞行控制系统3-4；飞行控制系统3-4将试验过程中测量第一角度测量传感器4和第二角度测量传感器8和第三角度测量传感器11的转角信息、飞行控制系统3-4输出的控制指令信息及垂直起降飞行器模拟器3的姿态信息存储，通过第一角度测量传感器4和第二角度测量传感器8和第三角度测量传感器11的转角信息可以检验飞行控制系统3-4的传感器及导航算法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190531 |