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在当今世界范围内,无人空中飞行机器人在监视、救援、导航等诸多民用或军用领域中均扮演着关键的角色,而充当这一角色的往往是小型无人直升机。相应于固定翼飞机,小型无人直升机具有更好的灵活性和可操作性,使其能够完成许多需要在恶劣环境下进行的高难度任务。由于飞行控制系统是小型无人直升机的核心部分,因此开发具有自主飞行功能的小型无人直升机飞行控制系统便具有重要的实用价值。在小型无人直升机飞行控制系统的研究过程中,飞行仿真试验更是其必不可少的重要环节,因此开发飞行器仿真系统意义重大。同时由于仿真系统以及飞行控制系统的设计皆基于小型无人直升机的数学模型,因此对小型无人直升机的建模问题便成了近年来备受关注的研究课题。
小型无人直升机计算机仿真的真实程度,在很大程度上依赖于数学模型的精确度,而对于小型无人直升机的数学建模,无论其建模方法多么合理可靠,总是有很大一部分重要的参数无法直接测量得到,因此,系统辨识便成了数学建模的一种重要的手段。本文参考课题组所建立的小型无人直升机数学模型,针对具有相似结构的雷虎Raptor-90小型无人直升机进行物理参数的系统辨识,以获得Raptor-90小型直升机悬停状态的数学模型。
通过系统辨识获得Raptor-90的物理参数,以及分析各个参数之间的相互关系获得其他参数,从而建立起Raptor-90的数学模型。基于精确的数学模型之上,我们在Linux操作系统中采用“客户机-服务器”的结构,利用C++程序设计语言构造无人直升机的数学模型模块、数据融合模块、控制输入模块、控制器模块、人机图形界面模块和半实物仿真模块,这些模块共同构成基于精确数学模型的具有全数字/半实物仿真功能的仿真平台。
基于Linux的小型无人直升机仿真平台不仅可以大大减少课题研究的工作量、所花费时间以及实验消耗,并且其程序代码与实机程序具有通用性,可相互调试验证。悬停仿真实验结果说明,利用与实机系统相同的控制器在仿真平台上的运行具有较好的收敛性。