CN207718164U - 一种基于半物理方式的无人机飞行仿真系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于半物理方式的无人机飞行仿真系统，其中，仿真计算机传输设置的气压、GPS坐标参数给飞控计算机，传输事件运行参数给所述事件仿真模型；飞控计算机(40)实时接收IMU测量设备测得的转台物理姿态参数及仿真计算机传输气压、GPS坐标参数，并计算获得飞行参数，将飞行参数传给仿真计算机，及根据飞行参数生成作动器控制信号给所述三轴转台；事件仿真模型接收到仿真计算机传输的事件运行参数，并根据其生成事件控制信号；将事件控制信号传给所述三轴转台；三轴转台根据所述作动器控制信号和事件控制信号运行。

Description

一种基于半物理方式的无人机飞行仿真系统

技术领域

本实用新型涉及无人机领域，尤其是涉及一种基于半物理方式的无人机飞行仿真系统。

背景技术

在无人机实际飞行前，试飞是非常关键且高风险的一个环节，而且受场地、操作手、天气等的限制，很难随时进行。因此往往需要在试飞前对无人机进行可靠性试验。

目前的可靠性试验通常使用数学建模或者系统辨识获取无人机的数学模型。其中的数学建模难度高，且很难达到比较高的精度。虽然通过系统辨识能够得到比较精确的模型，但是对试飞依赖很高，需要大量飞行试验且试飞难度高。另外对于某些例如多无人机协调控制和固定翼无人机自主滑跑起降等研究课题，试验成本会更高，很难进行多次有规律重复试验。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对目前存在的问题，提供一种基于半物理方式的无人机飞行仿真系统，其为无人机的飞行控制系统的测试提供一个半物理框架作为实验平台，通过该半物理框架，不仅使无人机系统开发前期的可靠性试验不依赖于无人机实际的试飞，并且能解决一些在实际试飞过程中难以复现的实验科目，而且能够大大降低实验成本。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：

本实用新型的目的是提供一种基于半物理方式的无人机飞行仿真系统，其包括：

仿真计算机、三轴转台、飞控计算机和IMU测量设备和事件仿真模型；

仿真计算机分别飞控计算机和事件仿真模型连接，仿真计算机基于所述连接，传输设置的气压、GPS坐标参数给飞控计算机，传输事件运行参数给所述事件仿真模型；

飞控计算机和IMU测量设备放置在三轴转台上面，且飞控计算机分别与三轴转台、IMU测量设备和仿真计算机连接；飞控计算机实时接收IMU 测量设备测得的三轴转台运行过程中的转台物理姿态参数仿真计算机传输气压、GPS坐标参数，并根据其计算获得飞行参数，将所述飞行参数传给仿真计算机用于实时生成无人机三维图像，以及根据所述飞行参数生成作动器控制信号给所述三轴转台；

事件仿真模型接收到仿真计算机传输的事件运行参数，并根据其生成事件控制信号；将所述事件控制信号传给所述三轴转台根据所述作动器控制信号和事件控制信号运行。

更优选地，所述的一种基于半物理方式的无人机飞行仿真系统还包括：

展示模块；

所述展示模块与所述仿真计算机连接，实时获取所述仿真计算机传输的无人机三维图像，并呈现出来。

更优选地，所述飞行参数包括：

三轴转台的姿态角、速度、角速度、高度、经纬度和气压，

更优选地，所述事件运行参数包括：

无人机飞行过程中受到的气流大小，和/或，无人机降落时产生的冲击力参数。

由上述本实用新型的技术方案可以看出，本实用新型具有如下技术效果：

本实用新型利用三轴转台模拟无人机飞行过程中的物理平台，并将飞控计算机和IMU测量设备置于该三轴转台上，并结合飞控计算机生成的作动器控制信号以及结合事件仿真模型生成的事件控制信号来控制三轴转台的姿态，不仅实现了半物理的仿真模拟，而且有效提高飞行控制系统的开发效率、降低开发成本。

本实用新型可以通过仿真计算机设置多种模拟作动器控制信号、气压、 GPS坐标以及事件运行参数，操作简单方便，而且可控性强。

附图说明

图1为本实用新型的原理框架图；

附图中：

展示模块10、仿真计算机20、三轴转台30、飞控计算机40、IMU测量设备50、事件仿真模型60。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

本实用新型提供一种基于半物理方式的无人机飞行仿真系统，其结构如图1所示，包括：

展示模块10、仿真计算机20、三轴转台30、飞控计算机40、IMU测量设备50和事件仿真模型60。

仿真计算机20中可以设置气压、GPS坐标参数以及无人机飞行过程中受到的气流、无人机降落时产生的冲击等事件运行参数。

通过该仿真计算机设置多种气压、GPS坐标以及事件运行参数，操作简单方便，而且可控性强。

仿真计算机20分别与飞控计算机40、三轴转台30、事件仿真模型60 和展示模块10连接。该连接可以是有线或者无线方式连接。通过这些连接，仿真计算机20传输气压、GPS坐标给飞控计算机40；传输无人机飞行过程中受到的气流大小、无人机降落时产生的冲击力参数等事件运行参数给事件仿真模型60；将根据飞控计算机40传输的飞行参数形成的三维无人机飞行图像传给展示模块10；

飞控计算机40和IMU测量设备放置在三轴转台30上面，随三轴转台 30运行而动作。飞控计算机40分别与IMU测量设备50、仿真计算机20 和三轴转台30相连。该连接可以是有线或者无线方式连接。

IMU测量设备50测量得到三轴转台30的三轴姿态角(或角速率)以及加速度、速度等物理姿态信息；飞控计算机40基于上述连接接收IMU测量设备50测量得到的转台物理姿态参数以及仿真计算机20传输气压、GPS 坐标参数，并根据这些参数计算获得飞行参数，这些飞行参数包括当前三轴转台30的姿态角、速度、角速度、高度、经纬度和气压等，并且飞控计算机40将这些飞行参数传给仿真计算机20，以及根据这些飞行参数生成作动器控制信号给三轴转台30。

事件仿真模型60通过上述连接等到并接收到仿真计算机20传给的事件参数，并根据该事件参数生成事件控制信号，如三轴转台向西偏移0.25°等，并将该事件控制信号传给三轴转台30。

三轴转台30分别与飞控计算机40和事件仿真模型60仿真计算机20 连接，接收飞控计算机40传给的作动器控制信号和事件仿真模型60传给的事件控制信号，并根据作动器控制信号以及事件控制信号运行，实现无人机的多方位飞行模拟，包括横滚、俯仰、指向等。

上述展示模块10实时接收仿真计算机20传输的三维无人机图像信息，通过放大等处理后，呈现给用户。

上述实施例中，也可以不包括展示模块10。这种情况下，用户可以通过仿真计算机20来观察无人机的图形以及飞行参数等。

由上述本实用新型的技术方案可以看出，本实用新型通过利用三轴转台模拟无人机飞行过程中的物理平台，通过放置在三轴转台上的IMU设备采集三轴转台的物理姿态参数，并通过飞控计算机计算得到飞行参数，并依据该飞行参数生成用于控制三轴转台的作动器控制信号，并通过事件仿真模型根据无人机飞行或起降过程中所受的外力事件生成事件控制信号，通过作动器控制信号和事件控制信号对三轴转台的控制实现了对固定翼无人机飞行和起降过程的仿真模拟，而且有效提高飞行控制系统的开发效率、降低开发成本。

虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但实施例并不限定本实用新型。在不脱离本实用新型之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本实用新型之保护范围。因此本实用新型的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (4)

1.一种基于半物理方式的无人机飞行仿真系统，其特征在于，所述基于半物理方式的无人机飞行仿真系统包括：

仿真计算机(20)、三轴转台(30)、飞控计算机(40)和IMU测量设备(50)和事件仿真模型(60)；

所述仿真计算机(20)分别与所述飞控计算机(40)和事件仿真模型(60)连接，仿真计算机(20)基于所述连接，传输设置的气压、GPS坐标参数给飞控计算机(40)，传输事件运行参数给所述事件仿真模型(60)；

所述飞控计算机(40)和IMU测量设备(50)放置在三轴转台(30)上面，且飞控计算机(40)分别与三轴转台(30)、IMU测量设备(50)和仿真计算机(20)连接；飞控计算机(40)实时接收IMU测量设备(50)测得的转台物理姿态参数、仿真计算机(20)传输气压、GPS坐标参数，并根据其计算获得飞行参数，将所述飞行参数传给仿真计算机(20)用于实时生成无人机三维图像，以及根据所述飞行参数生成作动器控制信号给所述三轴转台(30)；

所述事件仿真模型(60)接收到仿真计算机(20)传输的事件运行参数，并根据其生成事件控制信号；将所述事件控制信号传给所述三轴转台(30)；

所述三轴转台(30)接收所述作动器控制信号和事件控制信号，并根据其运行。

2.根据权利要求1所述的一种基于半物理方式的无人机飞行仿真系统，其特征在于，所述的一种基于半物理方式的无人机飞行仿真系统还包括：

展示模块(10)；

所述展示模块(10)与所述仿真计算机(20)连接，实时获取所述仿真计算机(20)传输的无人机三维图像，并呈现出来。

3.根据权利要求1所述的一种基于半物理方式的无人机飞行仿真系统，其特征在于，所述飞行参数包括：

三轴转台(30)的姿态角、速度、角速度、高度、经纬度和气压。

4.根据权利要求1所述的一种基于半物理方式的无人机飞行仿真系统，其特征在于，所述事件运行参数包括：

无人机飞行过程中受到的气流大小，和/或，无人机降落时产生的冲击力参数。