基于dSPACE的无人机飞行控制系统半实物仿真研究

论文摘要

在无人机飞行控制系统的开发研究过程中,飞行控制系统的半实物仿真是一个重要的阶段,是型号研制的必经阶段。仿真系统的开发一般需要投入较大的人力物力,花费大量时间进行相应的软、硬件开发。为加快飞行控制系统的研制进度,本文开发了一种基于高效快速的dSPACE快速原型无人机飞行控制系统半实物仿真系统,完成了系统建模到实时代码生成的全部过程。首先介绍了无人机飞行控制系统半实物仿真的系统结构,以及dSPACE实时仿真系统的软、硬件资源和基于dSPACE系统的仿真开发方法。其次在Matlab/Simulink环境中建立了某型无人机的六自由度非线性仿真模型,大气紊流仿真模型以及传感器仿真的模型,结合RTI建立了dSPACE下的无人机飞行控制系统的仿真模型,并使用RTW生成实时的仿真程序。再次研究了dSPACE下的平台管理软件ControlDesk,开发了基于ControlDesk的无人机飞行控制系统仿真管理控制与数据显示软件。同时研究分析了dSPACE的应用接口,结合具体的应用要求,开发基于CLib的无人机仿真航迹显示软件。最后通过半物理实时仿真试验,验证了采用dSPACE进行无人机飞行控制系统半实物仿真系统开发的有效性。实际飞行控制系统半实物仿真系统设计过程与测试结果表明,dSPACE在很大程度上实现了仿真系统开发的自动化,节约了开发成本和开发时间,并具有高实时性、高模块化的特点,满足无人机飞行控制系统仿真系统的开发要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 飞行控制系统仿真
• 1.3 研究背景及意义
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 基于 dSPACE 的实时仿真系统总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 dSPACE 系统简介
• 2.2.1 dSPACE 平台简介
• 2.2.2 dSPACE 硬件系统
• 2.2.3 dSPACE 软件系统
• 2.3 仿真系统总体设计
• 2.3.1 仿真系统结构
• 2.3.2 仿真软件的开发
• 2.3.3 S-Function 开发
• 2.4 小结
• 第三章 无人机对象建模
• 3.1 引言
• 3.2 坐标系
• 3.2.1 常用坐标系
• 3.2.2 飞机的运动参数
• 3.3 无人机动力学模型
• 3.3.1 飞行器运动的一些假设
• 3.3.2 无人机数学模型
• 3.3.3 无人机空气动力的计算
• 3.4 风的影响
• 3.4.1 风速的影响
• 3.4.2 风梯度的影响
• 3.5 小结
• 第四章 大气紊流模型
• 4.1 引言
• 4.2 大气紊流的基本假设
• 4.3 大气紊流模型
• 4.3.1 Dryden 紊流模型
• 4.3.2 Von Karman 紊流模型
• 4.3.3 Dryden 与Von Karman 模型的比较
• 4.4 Dryden 模型的数值仿真
• 4.4.1 基本原理
• 4.4.2 紊流生成
• 4.5 小结
• 第五章 基于 dSPACE 的传感器仿真
• 5.1 引言
• 5.2 飞控系统传感器仿真
• 5.3 基于 dSPACE 的传感器接口
• 5.3.1 代码生成和下载软件RTI
• 5.3.2 传感器仿真的实现
• 5.4 小结
• 第六章 dSPACE 外部接口应用与开发
• 6.1 引言
• 6.2 dSPACE/CLib 接口介绍
• 6.2.1 CLib 简介
• 6.2.2 CLib 库的连接
• 6.2.3 CLib 编程方法
• 6.3 模型中变量信息的获取
• 6.4 基于 CLib 的仿真软件
• 6.5 小结
• 第七章 仿真系统运行与验证
• 7.1 引言
• 7.2 仿真模型
• 7.3 仿真控制软件
• 7.4 仿真运行结果与分析
• 7.4.1 全航迹仿真
• 7.4.2 大气紊流注入仿真结果
• 7.5 小结
• 第八章 总结与展望
• 8.1 课题工作总结
• 8.2 后续工作
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间研究成果及论文发表情况