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無人機飛行仿真技術解決方案 如今無人機工況條件日趨復雜惡劣，任務要求精度很高，同時需要保證無人機較高的可靠性。所以無人機系統(tǒng)復雜性與日俱增，開發(fā)難度極大，開發(fā)周期漫長，同時也阻礙了相應控制系統(tǒng)的迭代更新。 恒潤科技在無人機飛行領域涉及無人機仿真系統(tǒng)建模、無人機系統(tǒng)半實物仿真等相關領域的研究，并承接過大量關于無人機飛行仿真技術的項目，擁有豐富的無人機飛行仿真建模與調試經驗。 恒潤科技在無人機飛行仿真領域能夠提供多種服務，包括： 提供全方位評價飛機系統(tǒng)品質的仿真平臺； 提供全數(shù)字通用無人機飛行仿真系統(tǒng)模型； 提供導航系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、發(fā)動機控制系統(tǒng)等無人機各分系統(tǒng)的模型仿真； 在無人機總體方案論證階段，通過替換或修改無人機的氣動數(shù)據(jù)、總體數(shù)據(jù)，利用飛行仿真系統(tǒng)給出的仿真結果進行定性定量分析； 在無人機設計驗證階段，利用無人機飛行仿真系統(tǒng)提供的模型數(shù)據(jù)和設備接口，與無人機系統(tǒng)的真實部件進行連接，開展各種飛行仿真試驗； 解決方案 無人機仿真模型采用MATLAB/Simulink實現(xiàn)，其中無人機的飛行動力學模型、控制模型、導航模型等通過Simulink搭建實現(xiàn)，仿真模型的參數(shù)設置通過MATLAB開發(fā)實現(xiàn)。系統(tǒng)的組成如下圖所示： 圖1 無人機仿真模型組成圖 仿真所使用的無人機飛行仿真系統(tǒng)模型結構如1所示，圖中仿真系統(tǒng)主要由環(huán)境模塊、無人機系統(tǒng)模塊、參數(shù)設置模塊、操縱桿信號處理模塊等部分組成。 主要關鍵技術如下： 1) 環(huán)境模塊 在環(huán)境模塊中主要考慮了地形因素、風場因素、大氣狀態(tài)因素與重力加速度因素。其中地形環(huán)境可根據(jù)用戶需要自行設置，風場部分通過simulink的自帶風切變模塊、紊流模塊與離散突風模塊構造了較為一般化的自然風。 2) 操縱桿信號處理模塊 無人機飛行仿真系統(tǒng)模型支持操縱桿控制，可接收操縱桿發(fā)送的油門指令、無人機姿態(tài)調節(jié)指令和升降指令，并利用接收到的指令數(shù)據(jù)進行模型解算，實現(xiàn)對無人機姿態(tài)和飛行高度的控制，方便用戶模擬對無人機的駕駛。 3) 無人機系統(tǒng)模塊 無人機系統(tǒng)模塊如下圖所示，該模塊包含了無人機本體動力學模型、導航、發(fā)動機以及控制等所有功能模塊。首先，制導模塊向控制模塊給出當前飛行階段的軌跡姿態(tài)指令信號，這些信號在控制模塊中通過針對無人機模型設計的控制律解算出完成飛行任務各個舵面所需的偏轉量與發(fā)動機推力所需的調整量，并將這些操控數(shù)據(jù)傳遞給無人機動力學模型。無人機動力學模型根據(jù)當前的運動狀態(tài)與操縱數(shù)據(jù)，計算作用在無人機上的所有外力、力矩，這些計算還依賴于模型初始化時定義的無人機各項氣動導數(shù)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可在模塊初屬性中更改。得到了合外力與力矩后，根據(jù)六自由度動力學模塊就可解算出無人機新的運動狀態(tài)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會繼續(xù)迭代到氣動力與環(huán)境參數(shù)計算模塊中繼續(xù)解算無人機模型后續(xù)的運動狀態(tài)，如此循環(huán)迭代求解一段時間之內無人機的各項飛行參數(shù)。 圖 2 無人機系統(tǒng)模塊結構 4) 參數(shù)設置界面 無人機仿真系統(tǒng)的運行需要詳細的無人機數(shù)據(jù)的支持，這些數(shù)據(jù)中有一部分與無人機本體特性有關，不需要經常改動（如氣動導數(shù)），而有一部分參數(shù)可能經常隨飛行階段或飛機狀態(tài)的改變發(fā)生變化（如重量、慣矩等）。仿真系統(tǒng)在設計過程中將不需經常改動的數(shù)據(jù)定義在模型初始化的與處理程序中供模型調用，將可能經常變動的參數(shù)通過一個單獨設計的參數(shù)設置界面進行定義。每次運行模型之前，用戶可在該界面中對無人機的各項參數(shù)進行快速修改。 在參數(shù)配置界面中，用戶可針對仿真與環(huán)境、幾何參數(shù)、初始運動狀態(tài)、執(zhí)行機構特性和航跡參數(shù)設置五部分參數(shù)進行快速設置。界面中默認填充無人機原始的各項數(shù)據(jù)，用戶可點擊“清空”將該部分已填充項清空，點擊“默認”可將原始默認值重新填充到各項目中。 5) 多種試驗構型 在閉環(huán)系統(tǒng)中，導航系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、發(fā)動機控制系統(tǒng)等各分系統(tǒng)既可以是全數(shù)字的仿真模式，用于前期算法研究和確認；也可以任意替換實物產品，構成實時仿真模式，用于實物產品的試驗驗證。 主要優(yōu)勢 恒潤科技可獨立完成無人機仿真模型的總體設計、研發(fā)、調試和項目交付等工作。并擁有獨特的優(yōu)勢： 專業(yè)的無人機仿真建模技術； 專業(yè)的無人機仿真系統(tǒng)設計實施能力； 豐富的工程實踐經驗與半實物仿真經驗； 齊全的專業(yè)隊伍，分工協(xié)作（包括導航系統(tǒng)建模團隊、飛行控制系統(tǒng)團隊、發(fā)動機控制系統(tǒng)團隊、半實物仿真系統(tǒng)團隊等）； 完善的管理體系支撐。 客戶收益 采用恒潤科技的無人機飛行仿真技術，客戶可以獲得以下收益： 快速完成無人機系統(tǒng)方案的可行性論證，大大提升其靈活性與經濟性； 可驗證飛行任務的可行性； 快速驗證無人機系統(tǒng)設計結果； 提高飛機系統(tǒng)試驗、調試和訓練過程中的安全性； 縮短無人機飛行仿真系統(tǒng)開發(fā)周期，降低研制費用； 為研發(fā)任務提供巨大便利，進一步提升了系統(tǒng)更新迭代速度，可適應市場需求環(huán)境的快速變化。