随着国内低空空域逐步开放,航空运输业对通用飞机的需求量将不断增大,通用飞机市场具有广阔的发展空间,但目前国内尚没有满足通用飞机需求的自动驾驶仪系统及相关研究。通用飞机自动驾驶仪的主要特点是需要满足一大类各种型号飞机的需求,这些飞机可以是四座直至几十座位,因此,通用飞机自动驾驶仪的研制具有较高的风险和成本。为了克服传统研制过程中的瓶颈,本文基于快速原型技术对自动驾驶仪验证的理论,设计和研制了通用飞机自动驾驶仪的原理样机,并做了相关的半物理仿真研究。主要工作体现在以下几个方面:首先,快速原型设计技术的应用为原理样机的设计和研制加快了进程。快速原型设计技术克服了传统研制过程中的瓶颈和缺陷,加快了产品或系统的研制进程,特别是代码可以完全自动生成,能够节约大量的软件编写和测试工作和时间,并提高软件的可靠性,最终得到了优化控制器的产品。然后,通过查阅相关书籍文献,对通用飞机自动驾驶仪半物理仿真平台进行需求分析与平台架构研究,确定了被控对象仿真系统与通用飞机自动驾驶仪相结合的平台构成。完成平台硬件选型与设计,被控对象仿真系统(飞机动力学模型)和ADC/GPS系统在仿真机上运行,设计通用飞机自动驾驶仪的硬件系统,与仿真机输入输出相适应,使通用飞机自动驾驶仪与模型仿真系统无缝连接。最后通过半物理仿真平台测试校验通用飞机自动驾驶仪的性能。将快速原型设计的Matlab/Simulink自动驾驶仪数学模型通过Simulink Coder自动代码生成工具箱生成标准C代码,以硬件系统中的MSP430F5438A芯片作为自动驾驶仪的飞行控制计算机处理器并编写底层驱动,完成自动驾驶仪的开环验证测试及闭环调试。通用飞机自动驾驶仪半物理仿真平台具有良好的平台架构。不仅可以根据需要单独修改仿真模型,也可以独立于仿真模型添置相关的硬件设备。模型仿真系统与通用飞机自动驾驶仪之间的输入输出信号可以直接测量。在此平台上开展控制策略研究无事故风险,同时具有研发周期短,实验成本低,操作方便等良好特性,具有一定的工程应用价值。