无人机飞控半物理仿真系统研究与设计
发布时间：2021-11-24 14:49
在军事和民用需求的牵引下,无人机的发展正处于井喷时期,同时也推动了无人机自主飞行技术的发展和研究。当今世界,无人机的应用更加注重智能,对无人机的相关研究越来越完善。为了对无人机试飞进行试验,目前通过半物理仿真,可以在不试飞的情况下对无人机的硬件和软件部分进行测试。因此,开发无人机飞控半物理仿真系统具有很大的实用价值。本文研究了飞控半物理仿真系统下位机和上位机两大部分。本文首先研究了下位机对三轴仿真转台的实时姿态解算,从而通过控制转台的精确转动来模拟无人机的姿态角。姿态解算方法采用四元数姿态解算,其中偏航角加入了磁力计修正。在此基础上,还对无人机进行相关模型建立,研究了固定翼无人机运动学和动力学方程,对无人机数学模型线性化,并采用PSO算法对PID控制器参数寻优,对无人机俯仰角、滚转角、偏航角控制律进行设计,完成了对飞控半物理仿真控制仿真验证。其次,针对下位机主要设计了基于STM32的姿态检测模块的硬件电路、WIFI数据通信电路和下位机系统所需的必要电源硬件电路以及三轴转台步进电机驱动器硬件电路,完成了下位机和上位机所需的硬件电路设计。最后,对下位机软件部分和上位机进行了研究设计,完成六...
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半物理仿真系统基本组成框图
南昌航空大学硕士学位论文 第 1 章 绪论军事打击以及进行战地侦察任务。另外，无人机在民用方面具有高效、便捷等特点，因此世界各国在无人机在民用相关领域也逐渐开放。无人机在公安以及安防等相关领域的应用越来越广泛，在公安领域、险情排查、应急救援、智慧交通、智慧医疗、智慧物流等方面具有广阔的应用前景[2]。 目前由于技术和政策等因素的影响，无人机在众多领域的发展和应用还处于初级阶段，未来无人机在众多领域的应用短板将随着科技力量的提升逐渐趋向完善，无人机的应用地位也将得到大幅度提升。下图 1-2 为国外两个无人机产品。
第 2 章 半物理仿真姿态解算与模型建立.1 半物理仿真原理简介无人机飞控半物理仿真是无人机姿态控制系统地面仿真的关键组成部分，在人机飞行控制律设计过程中有不可代替的作用。与传统意义上的仿真相比，半理仿真将数学模型和物理模型相结合，可以通过获取真实的传感器采集到的数来保证数据源的真实性和可靠性，具有良好的交互性。飞行仿真系统可分为全数字仿真和半物理仿真。全数字飞行仿真系统由两台互相通信的 PC 机构成，分别为飞行仿真系统计算和三维视景运行计算机，其全数字飞行仿真系统总体结构如图 2-1 所示，飞行真系统计算机的主要职责是完成飞行动力学仿真、导航仿真、飞行控制仿真，而将飞行参数传递至视景驱动模块，进而运用三维视景计算机实现无人机飞行可视化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]两相混合式步进电机控制器设计[J]. 和云飞,翁惠辉. 仪器仪表与分析监测. 2019(01)
[2]高精度时栅转台控制系统设计（英文）[J]. 张天恒,贺鹏,张兴红,汤其富,贾彦平. 机床与液压. 2018(24)
[3]基于粒子群算法的PID控制器参数优化[J]. 杜美君,张伟,谢亚莲. 电子科技. 2019(06)
[4]基于FPGA的步进电机细分控制系统的设计[J]. 成果,冉全,叶惠娇,潘洋. 武汉工程大学学报. 2018(06)
[5]粒子群算法在惯性/地磁组合导航航迹规划中的应用[J]. 乔楠,王立辉,孙德胜,马明珠,余乐. 中国惯性技术学报. 2018(06)
[6]民用固定翼无人机发展现状以及未来展望[J]. 丁宇,李书文. 电子技术与软件工程. 2018(23)
[7]捷联惯导互补滤波姿态融合算法设计[J]. 杜瑾,赵华超,郑哲,王祥,司迎利. 传感技术学报. 2018(10)
[8]基于Matlab/Simulink的小型制导炮弹六自由度运动仿真[J]. 强明辉,安杨. 舰船电子工程. 2018(08)
[9]一种高角速度飞行仿真转台设计方法[J]. 王伟,熊霞元,孟凡军. 航空精密制造技术. 2018(03)
[10]一种PCIe 3.0高速数据采集卡驱动及上位机软件的实现[J]. 李亚南,吴建斌,谢桂辉,袁林锋. 电子测量技术. 2018(07)
博士论文
[1]不对称变后掠翼飞行器多刚体建模与飞行控制[D]. 童磊.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]基于Cortex-M7的无人机控制与通信系统研究[D]. 刘巧.电子科技大学 2018
[2]基于无人机视觉的运动目标检测及跟踪算法研究[D]. 张仁蒲.长安大学 2017
[3]基于PIXHAWK的小型固定翼的飞行控制研究[D]. 祁芳超.沈阳航空航天大学 2017
[4]小型固定翼无人机自主飞行控制律设计[D]. 刘彦博.哈尔滨工业大学 2015
[5]飞行器纵向轨迹的L1自适应控制[D]. 秦奇.北京理工大学 2015
[6]小型无人驾驶飞行器自主飞行控制研究[D]. 史颉华.南京航空航天大学 2012
[7]某无人机飞控系统动态测试半物理仿真平台研究[D]. 薛鹏.南京航空航天大学 2012
[8]无人机自适应航迹规划及航迹跟踪控制的研究[D]. 孙颖.天津大学 2012
[9]无人机自主飞行控制系统的设计[D]. 张立珍.南京航空航天大学 2011
[10]环境探测球形机器人动力学建模及仿真[D]. 刘卫刚.西安电子科技大学 2010
本文编号：3516192
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半物理仿真系统基本组成框图
南昌航空大学硕士学位论文 第 1 章 绪论军事打击以及进行战地侦察任务。另外，无人机在民用方面具有高效、便捷等特点，因此世界各国在无人机在民用相关领域也逐渐开放。无人机在公安以及安防等相关领域的应用越来越广泛，在公安领域、险情排查、应急救援、智慧交通、智慧医疗、智慧物流等方面具有广阔的应用前景[2]。 目前由于技术和政策等因素的影响，无人机在众多领域的发展和应用还处于初级阶段，未来无人机在众多领域的应用短板将随着科技力量的提升逐渐趋向完善，无人机的应用地位也将得到大幅度提升。下图 1-2 为国外两个无人机产品。
第 2 章 半物理仿真姿态解算与模型建立.1 半物理仿真原理简介无人机飞控半物理仿真是无人机姿态控制系统地面仿真的关键组成部分，在人机飞行控制律设计过程中有不可代替的作用。与传统意义上的仿真相比，半理仿真将数学模型和物理模型相结合，可以通过获取真实的传感器采集到的数来保证数据源的真实性和可靠性，具有良好的交互性。飞行仿真系统可分为全数字仿真和半物理仿真。全数字飞行仿真系统由两台互相通信的 PC 机构成，分别为飞行仿真系统计算和三维视景运行计算机，其全数字飞行仿真系统总体结构如图 2-1 所示，飞行真系统计算机的主要职责是完成飞行动力学仿真、导航仿真、飞行控制仿真，而将飞行参数传递至视景驱动模块，进而运用三维视景计算机实现无人机飞行可视化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]两相混合式步进电机控制器设计[J]. 和云飞,翁惠辉. 仪器仪表与分析监测. 2019(01)
[2]高精度时栅转台控制系统设计（英文）[J]. 张天恒,贺鹏,张兴红,汤其富,贾彦平. 机床与液压. 2018(24)
[3]基于粒子群算法的PID控制器参数优化[J]. 杜美君,张伟,谢亚莲. 电子科技. 2019(06)
[4]基于FPGA的步进电机细分控制系统的设计[J]. 成果,冉全,叶惠娇,潘洋. 武汉工程大学学报. 2018(06)
[5]粒子群算法在惯性/地磁组合导航航迹规划中的应用[J]. 乔楠,王立辉,孙德胜,马明珠,余乐. 中国惯性技术学报. 2018(06)
[6]民用固定翼无人机发展现状以及未来展望[J]. 丁宇,李书文. 电子技术与软件工程. 2018(23)
[7]捷联惯导互补滤波姿态融合算法设计[J]. 杜瑾,赵华超,郑哲,王祥,司迎利. 传感技术学报. 2018(10)
[8]基于Matlab/Simulink的小型制导炮弹六自由度运动仿真[J]. 强明辉,安杨. 舰船电子工程. 2018(08)
[9]一种高角速度飞行仿真转台设计方法[J]. 王伟,熊霞元,孟凡军. 航空精密制造技术. 2018(03)
[10]一种PCIe 3.0高速数据采集卡驱动及上位机软件的实现[J]. 李亚南,吴建斌,谢桂辉,袁林锋. 电子测量技术. 2018(07)
博士论文
[1]不对称变后掠翼飞行器多刚体建模与飞行控制[D]. 童磊.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]基于Cortex-M7的无人机控制与通信系统研究[D]. 刘巧.电子科技大学 2018
[2]基于无人机视觉的运动目标检测及跟踪算法研究[D]. 张仁蒲.长安大学 2017
[3]基于PIXHAWK的小型固定翼的飞行控制研究[D]. 祁芳超.沈阳航空航天大学 2017
[4]小型固定翼无人机自主飞行控制律设计[D]. 刘彦博.哈尔滨工业大学 2015
[5]飞行器纵向轨迹的L1自适应控制[D]. 秦奇.北京理工大学 2015
[6]小型无人驾驶飞行器自主飞行控制研究[D]. 史颉华.南京航空航天大学 2012
[7]某无人机飞控系统动态测试半物理仿真平台研究[D]. 薛鹏.南京航空航天大学 2012
[8]无人机自适应航迹规划及航迹跟踪控制的研究[D]. 孙颖.天津大学 2012
[9]无人机自主飞行控制系统的设计[D]. 张立珍.南京航空航天大学 2011
[10]环境探测球形机器人动力学建模及仿真[D]. 刘卫刚.西安电子科技大学 2010
本文编号：3516192
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