基于Stateflow的多模态飞行仿真研究*

为了验证非线性飞机模型下飞行制导系统和多模态飞行控制律设计的正确性,提出了基于Stateflow的多模态飞行仿真验证方法.首先建立了飞行仿真系统结构框架和飞机六自由度非线性数学模型,并进行控制律设计,通过预定航路点信息和飞机模型解算的飞行参数实时获得制导信息,采用Stateflow完成典型飞行模态之间的逻辑切换,实现了预定航迹多模态的飞行仿真.实验结果表明,系统结构易于扩充和移植,该方法可以有效地验证飞行制导系统和控制律设计的正确性.     

基于OpenGL飞行实时可视化仿真的研究

以建立的飞机六自由度非线性微分方程为基础，介绍了如何在C＋＋ Builder6．0的开发环境下利用OpenGL建立三维仿真平台，实现飞机飞行特性实时三维动画仿真。提供了直观的反馈和针对仿真可视化设计的人机交互方法。本文基于OpenGL的飞行过程的仿真已经在飞行仿真实验中较好地实现了动态实时跟踪和数据的建立，在飞行仿真实现可视化计算和数据“可视化”方面有一定的实用价值。     

全数字通用飞行仿真平台的设计与实现

针对作战训练并验证先进飞行控制律,设计一种全数字通用飞行仿真平台。介绍该平台的总体结构,在建立飞机动力学模型和通用飞行仿真数据库的基础上,阐述各模块的功能和创建方法,以某型无人机为例,对平台进行仿真验证。结果表明,该平台直观性强,输出参数准确,能较好地模拟真实飞行。     

外弹道可视化仿真研究与实现

当前对于炮弹外弹道的研究主要以数据处理分析为主,缺乏以动态实时直观的仿真方式对外弹道进行分析和处理。在介绍了外弹道数学模型,分析了各种数值仿真方法的基础上,通过构建基于OpenGL的三维视景仿真环境和基于Matlab的二、三维坐标轴,实现了基于数值仿真实时驱动的弹道可视化仿真平台,借助此平台对炮弹的飞行轨迹、实时运动姿态及落点散布进行了仿真验证和分析,得到了不同风速对炮弹飞行轨迹的影响程度。     

基于Google Earth的三维航迹监视及六自由度飞行仿真

提出了一种利用Google Earth二次开发能力实现飞机三维航迹监视和六自由度飞行仿真的新方法.使用KML语言描述飞机三维航迹和飞行姿态,通过Google Earth提供的可扩展接口引入飞机监视数据得到Google Earth上的飞机实时三维航迹及六自由度飞行仿真.系统采用B/S架构,客户端采用Google Earth 浏览器,全部开发都在服务器端.提出了一种用飞机前后两个位置点空间连线矢量提取飞行姿态算法.用这种方式得到三维航迹简单直观,既可以用于三维航迹研究分析、实时航迹监视、六自由度飞行仿真,还可以作为一种新的航班动态查询工具.     

基于FlightGear的A-SMGCS场面活动三维仿真

针对A-SMGCS系统场面活动三维仿真问题,提出一种以开源模拟飞行器FlightGear为场景仿真平台,以实时ADS-B监视数据为驱动,以Linux为操作平台的机场场面活动三维仿真系统设计新方法。仿真系统按照实际机场模型进行机场布局设计,飞机、航站楼、塔台三维建模,地形数据生成,对真实机场环境进行了完整建模。由于ADS-B监视数据缺少飞机姿态信息,提出一种根据位置数据推算出姿态信息的新方法。首先把ADS-B监视数据进行航迹卡尔曼滤波,然后根据飞机前后两个位置的空间连线矢量计算飞行姿态。通过FlightGear多机网络数据接口导入飞机定位数据与姿态数据驱动飞机模型运动,实现了对飞机运动的六自由度仿真。仿真结果表明,该系统能逼真、准确再现真实机场飞机实时活动情况。由于完全基于开源软件设计,该系统低成本实现了对场面活动的实时三维仿真。     

实时飞行仿真系统构建的研究

本文研究了构建一种实时飞行仿真系统的详细方法。由建立非线性动力学方程、起落架数学模型,以及设计发动机、气动系数、风和大气环境模型后,在Simulink环境下编程实现各模块的功能,采用了一种有效的数据预处理和函数生成的方法保证了仿真的实时性,最后在完整仿真模型的基础上进行了飞行各阶段的仿真实验。结果表明,模型能够反映飞机的实际动态特性,为开展飞行模拟器的自动飞行系统仿真研究提供了良好的仿真平台。     

装配式实时飞行视景仿真平台研究

介绍了基于装配式数据结构的视景平台的开发背景及其意义，给出了装配式飞行视景仿真数据结构的思想，其中包括视景资源的装配式结构，以及三维模型及其特效等驱动数据的装配。并基于SBS实时网络实时从网上接收仿真数据，驱动三维模型运动。采用Vtree视景引擎，通过Vc＋＋6.0平台建立了实时飞行视景仿真软件平台。     

基于特征结构配置的飞翼无人机纵向控制律设计与试飞验证

针对飞翼无人机的纵向、横侧向静稳定性较差,飞机纵向短周期模态稳定性不足等问题,以某小型飞翼无人机为对象,研究了特征结构配置方法,并提出了基于特征结构配置方法的前向增益型、误差积分型控制律设计方案;利用线性模型设计了该飞机的纵向控制律,通过非线性仿真分析、飞翼无人机的试飞验证了该控制方案的可行性与有效性;仿真及试飞结果表明:采用特征结构配置方法设计的飞行控制系统具有较好的控制效果,改善了飞翼飞机的飞行品质.     

基于非线性动态逆的大迎角飞行控制律设计

研究飞机大迎角飞行优化控制问题。为了用非线性动态逆方法进行大迎角飞行控制律设计,首先建立具有大迎角条件下强非线性、非定常迟滞、不对称的力与力矩等气动特性的六自由度非线性飞机模型。然后将非线性动态逆方法与奇异摄动理论相结合,并将飞机状态划分为快慢回路,分别应用非线性动态逆方法进行了飞行控制律设计。最后,通过控制分配将计算得到的三轴力矩指令转化为相应的舵面与推力矢量偏转指令,并进行了仿真验证。仿真结果表明,设计的飞行控制律具有优良的大迎角控制效果。     

基于主动控制技术的仿真系统

为了对主动控制技术的优越性能进行直观的展示,讨论了一个基于主动控制技术的仿真系统的设计与实现.系统采用分布式仿真技术、网络技术、虚拟现实技术和控制技术来建立具有主动控制技术的飞行控制仿真平台.运用实时图像处理技术、动态视景、计算机实时仿真和虚拟仪器,对飞机主动控制技术的主要功能进行模拟.仿真结果表明,系统较好地满足主动控制技术的控制特点,并且满足了视景仿真实时性和逼真度的要求.     

飞行控制系统可视化仿真平台设计

提出一种通用的飞行控制系统可视化仿真平台,以并行化计算思想设计系统总体框架,通过OpenMP多线程并行多核编程技术和单程序多数据流技术实现飞行动力学系统和飞行控制系统的并行解算。该平台可以载入各种飞行控制器、飞行动力学模型和数字地图进行仿真,能以数字、曲线和三维动画的形式显示仿真结果。以Beaver多模态自动驾驶仪仿真设计为例进行验证,结果表明该平台具有执行效率高、易于扩展和通用性强的优点。     

地形跟随/地形回避实时仿真系统的设计与实现

为了验证低空突防系统中的地形跟随/地形回避关键技术,设计了一套分布式实时仿真系统。该系统由主控机、地形跟随/地形回避(TF/TA)计算机和视景演示计算机组成。TF/TA计算机采用先进的嵌入式实时操作系统VxWorks进行TF/TA飞行轨迹规划,实时地形匹配,以及模拟雷达的实时数据生成。该系统可以验证算法,模拟飞机在空中飞行的实际效果,为TF/TA系统的试飞验证提供必要准备。     

基于OpenGL的飞行实时三维动画仿真

在飞行模拟训练器中,显示系统是其重要组成部分.为全面、直观并且实时地反映飞行仿真计算机得到的仿真数据,则采用三维动画方式来制作这个显示系统.文章讨论了使用开放图形库(OpenGL)结合Visual C 6.0开发平台及MFC框架,构建基于OpenGL的飞行实时三维动画仿真系统的方法,并利用从串行口接收来的实时数据实现实时仿真.实验证明,该系统仿真效果好,运行正确、可靠、实时性好.     

面向半实物仿真飞行平台的通用型飞行参数测试系统设计

针对半实物仿真飞行平台在飞行科目评估、平台寿命研究及操作标准规范的制定等诸多领域缺乏完整原始数据支持的问题,提出了一种基于LabVIEW的通用型飞行参数测试系统。通过模拟座舱操控输入信息,如飞行摇杆、油门杆、开关控制面板和飞行脚舵等模拟指令,实现了与项目相关方的三维视景仿真软件的系统联试。多次测试结果表明：系统能够对飞行姿态参数、环境参数、发动机参数、各种告警信号以及飞行员通话信息和座舱语音信息等55种飞行仿真数据进行实时监测并循环记录,为飞机制造研发、改进升级、定检排故和飞行员操作动作编码提供了有效且可量化分析的数据支撑。     

飞艇飞行控制仿真系统设计

随着Matlab/Simulink开发平台在飞行控制研究中的大量应用,飞行控制仿真系统已成为飞行器飞行控制研究的重要手段。介绍了基于模型的飞艇飞行控制仿真系统的工作原理、硬件设计、软件设计,采用一体化设计思想,将仿真系统设计成根据需要可随意扩展的综合性仿真系统。该仿真系统利用Matlab/Simulink平台,搭建飞艇飞行控制相关的各运动及控制模型,在实时通信网络和虚拟视景工作站的支持下,能实现全数字仿真、半物理仿真、人-机交互仿真等实时仿真,可用于飞艇飞行控制系统的方案设计、研制、试验等全开发过程。     

直升机飞控系统集成仿真平台开发

研究直升机飞行控制系统的设计开发需求,根据系统集成的开发理念,实现VC++开发环境下Matlab/Simulink和三维实时视景仿真软件Vega的综合集成,利用现有成熟软件工具,在一台普通PC机上开发了一个集仿真管理、控制算法设计与优化、三维可视化于一体的直升机飞行控制系统仿真平台,对直升机飞行控制系统的设计开发提供集成平台支持。集成平台可充分满足用户的仿真任务需求,可提高系统开发效率,同时具有通用的集成开发思路对类似系统研制和开发具有一定的参考价值。     

基于1553B总线的飞控软件测试仿真平台设计

针对导弹飞控软件测试系统中更高可靠性、灵活性和实用性的要求,设计了一种基于1553B总线的导弹飞控软件测试仿真平台,介绍其系统组成及上位机软件的设计和实现。对高可靠性和灵活性的飞控软件测试仿真平台进行了研究,从软硬件方面予以分析,给出一个详细的设计方案：测试平台与飞控计算机采用1553B总线通讯的同时,利用VS2010设计上位机测试软件和S-function函数进行子模块封装,并通过Higale仿真界面进行实时的通信控制与显示,可以在保证通信可靠性的基础上对飞控软件的测试结果进行判断与分析。仿真测试结果表明,该飞控软件测试仿真平台方案可以实现对某型导弹飞行控制软件的通信与测试,并且具有高可靠性和可扩展性。     

基于Vega Prime的高空飞艇视景仿真设计

针对高空飞艇在飞行控制半物理仿真实验中实时数据可视化的问题,基于虚拟仿真技术,提出了一种高空飞艇视景仿真系统设计方案。建立了高空飞艇三维模型,并使用细节层次等高级建模技术对三维模型数据库进行了优化。提出了通过反射内存网与半物理仿真系统进行实时数据传输的方式,在Vega Prime环境下完成了基于控制台的视景仿真程序开发。在硬件系统支持下,实现了高空飞艇飞行过程仿真场景的立体渲染,仿真效果能够满足半物理仿真实验数据的实时逼真显示要求。     

基于dSPACE/MATLAB/Simulink平台的实时仿真技术研究

本文以某飞行器侧向通道稳定控制系统为例,基于dSPACE标准组件和MATLAB/Simulink软件环境,建立了控制系统的半实物仿真平台并进行了半实物仿真。结果表明这种基于dSPACE的仿真系统具有构建便捷、高效和精度高等优点,尤其适用于数字控制系统。