便携式无人机实时仿真系统软件研究

论文摘要

本文着眼于工程实践和应用,在深入了解某型便携式主-从实时仿真设备硬件配置的基础上,设计了无人机实时仿真系统软件,主要工作和贡献如下:根据飞机动力学运动学微分方程建立六自由度数学模型;采用线性插值处理样例无人机风洞试验数据,获得气动力及力矩系数;采用四阶Adams法设计六自由度模型软件算法;采用C语言实现适用于RTKernel-32实时核环境下的样例无人机嵌入式实时仿真软件;归纳传感器实时接口仿真的共性,建立通用的仿真数据结构;按照TCP/IP协议模型,选用UDP作为传输层协议,调用数据报套接字,设计并实现了仿真系统软件中UDP通信数据收、发线程,对通信内容进行合理分类,设计了科学的通信数据帧结构;在Windows XP操作系统中采用Tilcon Real-Time Developer （TRTD）实时程序开发包开发仿真控制台软件,完成仿真参数的实时数字显示、历史曲线显示、航迹显示、仪表显示以及实时控制;在由飞行控制计算机实物、电动舵回路实物和实时仿真设备组成的便携式无人机半实物实时仿真系统试验环境下,完成样例无人机全过程实时飞行仿真试验,仿真试验过程和所记录的仿真数据表明,所设计、开发的软件功能正确,性能满足设计指标,验证了软件设计的工程应用可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 半实物实时仿真试验意义
• 1.2.1 半实物实时仿真技术的历史与现状
• 1.2.2 半实物实时飞行仿真试验中的关键技术
• 1.2.3 典型无人机半实物实时飞行仿真试验系统配置
• 1.3 研究背景
• 1.3.1 无人机半实物实时飞行仿真技术特点
• 1.3.2 已经取得的研究成果与需求
• 1.4 本文的研究工作概要
• 第二章 半实物实时飞行仿真系统
• 2.1 半实物实时飞行仿真系统的组成结构
• 2.1.1 实时仿真设备
• 2.1.2 仿真控制台计算机
• 2.2 基于PC/104 总线的仿真设备硬件结构
• 2.3 半实物实时飞行仿真软件系统
• 2.3.1 嵌入式实时多任务仿真软件
• 2.3.2 仿真控制台软件
• 2.3.3 嵌入式网络通信软件
• 2.4 小结
• 第三章 无人机数学建模与仿真技术
• 3.1 非线性数学模型
• 3.1.1 非线性模型在英美坐标体制下的运算
• 3.1.2 气动力/力矩计算
• 3.1.3 C 语言环境下的建模实现
• 3.2 实时仿真算法
• 3.2.1 单步法
• 3.2.2 多步法
• 3.2.3 误差、收敛性与稳定性分析
• 3.2.4 数值积分法的选择
• 3.3 传感器模拟技术
• 3.3.1 传感器配置
• 3.3.2 传感器仿真的C 语言实现
• 3.4 小结
• 第四章 UDP 通信方式的设计与实现
• 4.1 TCP/IP 体系结构及功能
• 4.2 UDP 传输层协议
• 4.3 SOCKET 套接字编程
• 4.4 RTIP 平台
• 4.5 网络通信在程序中的实现
• 4.5.1 上行通信
• 4.5.2 下行通信
• 4.5.3 网络初始化
• 4.5.4 基于UDP 的数据收、发线程的C 语言实现
• 4.5.5 仿真控制台计算机端网络通信程序的开发
• 4.6 可靠性与实时性验证
• 4.6.1 可靠性验证
• 4.6.2 实时性验证
• 4.7 小结
• 第五章 仿真控制台实时数据记录显示技术
• 5.1 仿真控制台主要功能及显示方式
• 5.1.1 数字方式显示
• 5.1.2 历史曲线显示
• 5.1.3 航迹显示
• 5.1.4 仪表显示
• 5.1.5 离散信号控制与显示
• 5.2 不同显示方式设计
• 5.2.1 数字显示的设计技术
• 5.2.2 历史曲线显示的设计技术
• 5.2.3 航迹显示的设计技术
• 5.2.4 仪表显示的设计技术
• 5.2.5 离散信号控制与显示的设计技术
• 5.3 小结
• 第六章 半实物实时飞行仿真试验验证
• 6.1 样例无人机的飞行控制律
• 6.1.1 纵向控制律
• 6.1.2 横侧向控制律
• 6.2 无人机飞行控制律的验证
• 6.3 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文研究工作的总结
• 7.2 需进一步研究的工作
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文