无人机飞行可视化仿真系统设计

论文摘要

飞行可视化仿真系统采用计算机三维图形动画与飞行数值仿真相结合的设计方法,在计算机屏幕上再现无人机的飞行过程。本系统可广泛应用于飞行模拟、飞控器设计等领域。本文提出了一种Matlab与OpenGL技术相结合的可视化仿真系统结构。首先,通过对无人机进行飞行运动学分析,建立了飞行运动学方程。根据飞行模拟的基本要求,定义了飞行基准状态,并采用数值计算的方法对方程求解。在Matlab环境下完成了无人机飞行状态仿真和基本飞行控制律设计工作。然后,利用3D MAX三维建模软件建立了无人机模型。以VC++6.0为开发工具,采用OpenGL技术,实现了无人机三维可视化模拟仿真系统。利用Matlab的COM Builder工具箱,将该环境下的飞行数值仿真系统生成为相应的COM组件。并在飞行可视化仿真系统中进行调用该COM组件,从而实现了数值仿真与三维可视化模拟仿真系统的对接。最终得到了一套完整的无人机可视化仿真系统,从而为今后的无人机飞控器设计与飞行模拟研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 1 绪论
• 1.1 无人机发展概况
• 1.2 数值仿真
• 1.3 三维可视化模拟仿真
• 1.4 无人机飞行可视化仿真系统结构
• 1.5 本文的主要内容
• 2 无人机飞行运动学分析
• 2.1 概述
• 2.2 无人机坐标系与坐标变换
• 2.2.1 坐标系分类及其定义
• 2.2.2 无人机坐标变换
• 2.3 无人机基本特性
• 2.3.1 控制量和状态量
• 2.3.2 受力分析
• 2.3.3 其他
• 2.4 无人机飞行运动学方程的建立
• 2.4.1 力方程
• 2.4.2 力矩方程
• 2.4.3 姿态方程
• 2.4.4 位置方程
• 2.5 小结
• 3 无人机运动方程的数值仿真
• 3.1 无人机运动方程的数值计算方法
• 3.2 无人机运动方程的小扰动分析
• 3.2.1 基准飞行状态
• 3.2.2 运动方程的解耦和线性化
• 3.3 无人机飞行控制律设计
• 3.3.1 无人机的纵向运动控制
• 3.3.2 无人机的横侧向运动控制
• 3.4 无人机基本运动方程COM组件
• 3.4.1 生成并使用COM组件
• 3.5 小结
• 4 无人机三维可视化仿真设计
• 4.1 OpenGL概述
• 4.1.1 OpenGL基本操作
• 4.1.2 VC环境下的OpenGL开发
• 4.2 真实感飞行环境和虚拟仪表
• 4.2.1 天空
• 4.2.2 大地
• 4.2.3 虚拟仪表
• 4.3 无人机三维模型
• 4.3.1 建立三维模型
• 4.3.2 使用3DS文件
• 4.4 无人机飞行可视化
• 4.4.1 系统的实现
• 4.4.2 运行效果
• 4.5 小结
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 无人机飞行运动方程线性化结果