直升机飞控系统三维动画仿真平台设计与实现

为了更好地分析和设计直升机飞行控制系统,开发了直升机飞行控制三维动画仿真平台.平台适用于各种直升机飞行控制系统设计与仿真,可以载入和显示各种控制器、直升机模型,并用数字、曲线和三维动画显示仿真结果.仿真平台利用Visual C++ 6.0编程,MFC开发软件主界面,Matlab引擎提供后台计算服务,Creator建立直升机模型和飞行环境,Vega实现实时动画显示,实现了软件间接口平滑、无缝的互连.以UH-60A黑鹰直升机全包线飞行控制系统的设计仿真为例,采用H∞回路成形和定量反馈理论(QFT)相结合的内外回路设计方法,验证了控制方法的有效性和此仿真平台的先进性.     

基于实时仿真平台直升机系统控制策略研究

直升机飞行控制系统属于典型的多输入-多输出系统,本身具有非线性特性,是控制系统工程中较为复杂的被控对象,设计有效的低成本的直升机的飞行控制系统日益受到重视.本文设计了一种新型的直升机实时仿真系统,利用加拿大Quanser公司开发的三自由度运动仿真平台,基于Matlab的实时工作间进行了飞行控制系统的设计,通过代码自动生成环境产生实时仿真代码,进行仿真实验.本文介绍了系统的组成,建立了系统的数学模型,设计了系统的控制器,并对最优控制策略进行了研究.控制器在传统PID控制方案的基础上采用LQR控制方案.最后经仿真验证可知,LQR控制器可以实现最优控制,该系统控制效果较好.     

小型直升机LINUX仿真系统构建

无人直升机是一个极具挑战性的多学科前沿性研究课题.介绍了小型直升机LINUX仿真系统的构建过程及其相关软件实现.首先给出了小型直升机飞行控制系统和仿真系统的整体结构,并针对这两个系统结构做了简要说明.介绍了在LINUX平台下,采用FLTK图形界面库和Mesa/OpenGL实现小型直升机3D飞行和状态控制,可视化仿真及实时运动特性再现的过程.仿真系统的结果表明.仿真系统具有独特的优点和良好的开发潜力,可以辅助实际飞行实验进行无人直升机的研究.     

直升机飞行视景仿真实现

为了用视景仿真技术模拟直升机的飞行姿态,通过三维视景建模软件Multigen Creator,建立了直升机、地形场景的视景模型,以三维仿真软件包OpenGVS作为图形开发引擎,用现代软件工程的方法,在VisualC++6.0平台上构建了直升机飞行仿真软件的整体框架,完成其中关键模块的代码编写.对于输入模块,用游戏杆作为视点变换的控制工具,运用Direct-Input接口技术对其编程.通过实例运行所编制代码,在飞行操作杆控制下,系统在飞行模拟过程中实时跟随性较好,达到理想的飞行仿真效果,从而为以后进一步研究直升机综合操纵特性和飞行品质作了一个预先性仿真研究.     

基于xPC的实时飞行仿真系统结构设计

文章讨论了如何在MATLAB/xPC平台上开发一个开放式工程仿真系统.该系统与通常仿真系统的主要区别是,可根据新型飞机设计的不同需求,使用MATLAB/Simulink方便地建模,并对新产生的仿真信息进行开放式的管理.改变了以往仿真需求改变则需开发不同仿真系统的一次性开发模式.在这个开放式的工程实时飞行仿真系统中,主要讨论了开放式仿真系统的信息管理及以往仿真监控组件如何在MATLAB/xPC环境下的无缝集成问题.针对这些问题提出并设计了基于工作站级的结构模型及开放式目标监控接口模板;应用实践表明,该系统不仅继承了MATLAB建模方便快捷的特点,而且具有通常仿真系统的各种功能,是一个集飞机设计,新方案实验,飞行模拟及飞行试验数据分析于一身的无纸的新型飞机的设计平台.     

直升机视景仿真及座舱仪表显示系统实现

以开发一套直升机飞行视景仿真系统为目的,提出了一种基于Multigen Creator和Vega软件的三维视景仿真系统解决方案.利用三维图形开发软件Creator对座舱仪表模型进行可视化建模,使用自由度设置(DOF)技术实现仪表指针的动态交互.将模型加载到Vega的环境中,在VC++环境下,基于MFC实现了仪表的驱动程序,给出了具体的实现方法,设计了座舱仪表仿真界面.最后在Vega场景中仿真直升机的飞行状态,直观形象地反映直升机的飞行特性.实际仿真显示,该视是景系统的仿真效果形象逼真,令人满意.     

直升机仿真模拟训练软件系统设计实现

针对直升机仿真与地面模拟训练的需求,以VC++和Vega为开发工具,研制了一套具有三维视景显示功能的软件系统。通过编写直升机各执行机构的递推运算程序实现直升机模型的解算,用MFC设计直升机"操纵台"与"驾驶杆"界面,在Vega配置的视景仿真环境中显示直升机飞行姿态,以GDI为辅助工具编写虚拟仪表和曲线显示窗口,实时显示直升机姿态角、航向角和速度等飞行数据,实现了直升机仿真与模拟训练功能。实际运行结果表明,该系统仿真效果逼真,达到了设计要求,具有较好的实用性。     

四旋翼无人机飞控系统仿真平台研究

为了便于对四旋翼无人机的飞行控制系统进行开发,设计了一个用于验证飞行控制系统的全数字仿真平台;建立了四旋翼无人机的数学模型,利用Simulink下的RTW(Real-Time Workshop)工具箱将数学模型转化为C++代码添加到仿真平台中;设计了可视化平台,可将仿真过程直观的进行显示;仿真平台采用C++语言实现,具有良好的外部接口,可方便的将设计好的飞行控制算法添加到仿真平台中,以进行验证和参数整定,还具有数据存储和仿真过程回放等功能;经实际运行表明,仿真平台直观可视,运行良好,能较好地对飞控系统进行仿真验证。     

基于Vega的直升机视景仿真技术研究与实现

以开发一套直升机飞行模拟仿真系统为目的,对仿真应用系统开发中各种常见的建模和驱动技术尤其是动态仪表面板仿真模块进行了研究,提出了可行的实现方案;利用建模工具Creator对飞机、仪表和大面积地形进行了可视化建模,利用DOF(Degrees OfFreedom)技术实现了直升机旋翼、尾翼以及仪表指针的动态交互;基于VC++集成开发环境,应用Vega API编程技术实现了直升机视景仿真应用系统的全部设计功能;直升机试飞实验证明,该视景系统取得了比传统视景系统更好的效果。     

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。     

直升机仿真模拟训练集成系统实现

针对直升机仿真与地面模拟训练的需求,根据系统集成的开发理念,开发出一个集VC++、Matalb/Simulink和Vega三维可视化功能于一体的直升机仿真模拟训练系统;该集成仿真平台通过VC++编程,将软件界面与Simulink模型有机结合在一起,利用Matlab引擎对Simulink模型进行控制,并将仿真结果送到Vega场景中实时显示;实际运行结果表明,该系统仿真效果与实际效果基本一致,达到了设计要求,具有较好的实用性。     

某型直升机半物理仿真系统的设计

飞控计算机是现代直升机控制的不可缺少的部分。研制功能完善的高性能飞控计算机是直升机发展的重要一步;在飞控计算机应用到直升机上之前,需要对其进行较为全面的仿真测试;文章结合飞行控制律的设计,开发了用于对飞控计算机进行全面测试的半物理仿真系统;主要完成了模型的建立和仿真,研制了基于嵌入式操作系统VxWorks及仿真工具软件MATLAB的主仿真系统并进行了调试;通过对其开环和闭环的调试以及仿真结果的分析表明,该系统对发送的飞机姿态信息能够进行实时显示和处理。满足飞行品质技术指标要求。半物理仿真结果可真实可靠的反映直升机的飞行过程。     

无人直升机实时机载和地面站软件架构设计

研究了无人直升机飞行控制系统实时软件系统设计架构,针对机载嵌入式飞控计算机系统和地面站计算机系统,提出了基于VxWorks实时操作系统的多线程任务机载软件设计方案和基于WindowsXP操作系统的地面站软件设计方案,有助于加快完成无人直升机飞行控制系统的设计和验证。机载系统软件设计为数据采集和测量、伺服舵机驱动、飞行控制与发动机控制实现、通信和数据请求存储等功能。地面站系统软件设计为与机载系统的数据通信、终端用户操控,以及实时飞行状态监视等功能。利用组件对象模型设计技术实现了系统软件设计的模块化、软件结构分层组件化,方便了软件系统的集成与扩展。采用多任务线程机制,有效地满足了飞行控制系统实时性要求。利用实时操作系统的定时器任务机制,确保飞行模式的任务管理和调度。依据所提出的软件设计架构完成了实时机载软件和地面站软件组件模块的设计与开发,而且软件集成快捷方便。研究成果已成功应用于某型无人直升机飞行控制系统。     

Experimental Validation of a Helicopter Autopilot Design using Model-Based PID Control

Autonomous helicopter flight provides a challenging control problem. In order to evaluate control designs, an experimental platform must be developed in order to conduct flight tests. However, the literature describing existing platforms focuses on the hardware details, while little information is given regarding software design and control algorithm implementation. This paper presents the design, implementation, and validation of an experimental helicopter platform with a primary focus on a software framework optimized for controller development. In order to validate the operation of this platform and provide a basis for comparison with more sophisticated nonlinear designs, a PID controller with feedforward gravity compensation is derived using the generally accepted small helicopter model and tested experimentally.     

基于组件的飞行控制系统软件设计方法

该文分析了无人直升机飞行控制系统软件实现要求。提出基于组件的程序设计方法开发此类软件，充分考虑模块的重用性，以组件为核心，每一组件单独开发与测试，然后按照一定的集成规则，分层、渐进地开发整个系统。组件之间的通信通过事件机制来实现，使得子系统之间的耦合减小，并且增加了系统的可靠性、灵活性和重用性。最后开发了飞行控制系统设计中的模型、参考模型和逆模型组件，并进行了仿真验证，结果表明这种设计方法将大大简化复杂控制系统的软件设计，方便系统软件的工程实现。     

直升机光传操纵地面物理仿真平台的开发

该文基于某型武装直升机控制增稳飞控系统，建立了直升机光传操纵地面物理仿真平台，着重开发了两种典型的光传技术。并叙述了仿真平台的结构配置及主要组成部件开发实现。实现了具有人机交互功能的直升机光传操纵可视化仿真，并通过光传与电传的特性对比验证了两种光传技术的有效性。从而为我国直升机光传系统的实现，提供了有效的地面开发平台。     

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。     

分布交互式实时三维飞行仿真平台的综合设计

针对基于高阶非线性系统数学模型基础上的飞行器控制系统设计难于验证的实际问题,在基于全数字飞机的非线性模型基础上,在分布式局域网的仿真环境下,利用飞行控制律实时算法、面向对象的编程方法、TCP/IP网络通信技术及计算机三维仿真等技术,构建了分布交互式实时三维飞行控制系统仿真平台,研究了该平台的软硬件构成、设计方法及相关的关键技术,并且在网络环境下分别开发了基于增益表和自修复重构的实时仿真算法,成功模拟了飞机在驾驶员在环和全自动飞行的情况,研究结果表明了该仿真平台在飞行仿真训练和教学中的实用性以及验证先进控制律的可移植性.     

直升机强跟踪自适应变稳控制器设计

变稳控制是直升机飞行模拟的关键技术之一, 气动参数的不确定性是其设计的困难所在. 对此, 提出了利用双目标直升机模型构造原型直升机的强跟踪自适应变稳控制器, 它将强跟踪的反馈补偿机构和自适应控制参数设计相分离, 简化了控制设计, 同时实现了提高自适应参数修正过程的系统稳定裕度和显著降低跟踪误差的目的. 仿真实验结果验证了所提出方法的有效性和可行性.