基于快速原型的无人机仿真技术研究

发布时间：2017-03-30 22:26

  本文关键词：基于快速原型的无人机仿真技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无人机仿真系统是无人机飞行仿真试验的主要验证平台,对无人机系统的研制有着重要的意义。但日益发展的无人机系统在对无人机仿真系统的功能和性能提出更高要求的同时,却对无人机仿真系统的研制成本和研制周期提出了更严格的限制。传统的设计方法难以同时满足这两方面的需求,而利用快速原型技术则可以有效地降低系统的研制难度,加速研制进程。本文首先根据样例无人机的特性建立无人机对象、风场扰动以及执行机构和传感器的故障特性数学模型,同时对仿真软件的结构进行设计,为无人机仿真系统的设计奠定基础。其次,对快速原型技术在无人机仿真系统中的应用展开分析和研究。介绍快速原型模型的建立方法;设计仿真系统快速原型模型的采样率模式和任务模式,并对模型的优化策略和优化效果进行分析和测试;详细分析仿真系统快速原型模型代码的生成机制和运行形式,并进行软件在环等效性验证。之后,从实时多任务系统的角度,针对仿真软件的任务调度机制、调度策略和任务资源访问策略三个方面,对包含快速原型实现部分与传统方法实现部分的无人机仿真系统软件进行进一步的设计,实现在利用快速原型技术降低仿真系统研制难度、加速研制进程的同时,确保系统的实时性和可靠性。最后,搭建半物理闭环仿真验证平台,与飞行控制系统进行飞行仿真试验,对无人机仿真系统的功能和性能进行测试和验证。结果表明,快速原型技术在简化无人机仿真系统设计难度、缩短设计周期的同时,能够满足飞行仿真试验对无人机仿真系统的实时性和可靠性的要求。
【关键词】：无人机 飞行仿真系统 快速原型技术 代码生成 多任务系统
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V279;TP391.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 注释表13-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 引言14
• 1.2 无人机飞行仿真14-15
• 1.3 快速原型开发15-17
• 1.3.1 快速原型和V模型开发方式15-17
• 1.3.2 快速原型在无人机仿真系统中的应用17
• 1.4 国内外研究现状17-19
• 1.4.1 国内外研究现状17-18
• 1.4.2 快速原型技术面临的问题18-19
• 1.5 论文主要研究内容及章节安排19-21
• 第二章 仿真对象建模21-35
• 2.1 坐标系定义21-22
• 2.2 无人机对象模型22-27
• 2.2.1 无人机本体建模22-24
• 2.2.2 执行机构建模24-25
• 2.2.3 传感器建模25-27
• 2.3 风场模型27-31
• 2.3.1 水平常值风模型27-28
• 2.3.2 阵风模型28
• 2.3.3 风切变模型28-29
• 2.3.4 大气紊流模型29-31
• 2.4 故障注入模型31-34
• 2.4.1 故障类型分类31-32
• 2.4.2 故障特性建模32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 仿真系统软件结构设计35-43
• 3.1 前言35
• 3.2 仿真系统软件需求分析35-37
• 3.2.1 功能需求35-36
• 3.2.2 性能需求36-37
• 3.3 仿真系统软件运行环境37-39
• 3.3.1 硬件运行平台37-38
• 3.3.2 软件运行平台38-39
• 3.4 仿真系统软件结构设计39-42
• 3.4.1 仿真软件层次结构39-40
• 3.4.2 仿真软件控制结构40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 仿真系统快速原型开发43-68
• 4.1 前言43
• 4.2 快速原型建立43-47
• 4.2.1 快速原型设计工具43-45
• 4.2.2 仿真系统快速原型建立45-47
• 4.3 模型采样率模式和任务模式设计47-52
• 4.3.1 单采样率与多采样率模式分析47-49
• 4.3.2 单任务与多任务模式分析49-51
• 4.3.3 仿真系统模型采样率模式与任务模式设计51-52
• 4.4 模型优化策略分析52-57
• 4.4.1 内存使用量优化52-54
• 4.4.2 代码执行效率优化54-57
• 4.5 用户代码的嵌入57-59
• 4.5.1 Stateflow嵌入用户代码57-58
• 4.5.2 S-Function嵌入用户代码58-59
• 4.6 代码自动生成59-65
• 4.6.1 代码自动生成机制59-62
• 4.6.2 生成代码的运行机制62-65
• 4.7 软件在环等效性验证65-66
• 4.8 本章小结66-68
• 第五章 实时仿真软件设计68-89
• 5.1 引言68
• 5.2 仿真软件功能设计68-71
• 5.3 仿真软件任务划分71-72
• 5.4 仿真系统任务调度机制分析与设计72-78
• 5.4.1 实时调度算法研究72-74
• 5.4.2 仿真系统任务调度机制与优先级设计74-77
• 5.4.3 仿真系统任务可调度性验证77-78
• 5.5 仿真系统任务调度策略设计78-80
• 5.5.1 周期性任务调度策略设计78-80
• 5.5.2 非周期性任务调度策略设计80
• 5.6 仿真软件资源访问策略设计80-88
• 5.6.1 共享资源互斥策略设计81-84
• 5.6.2 消息传递策略设计84-86
• 5.6.3 仿真软件资源访问策略86-88
• 5.7 本章小结88-89
• 第六章 系统功能验证与性能测试89-103
• 6.1 引言89
• 6.2 仿真验证平台89-90
• 6.3 实时仿真等效性验证与分析90
• 6.4 仿真系统功能验证与分析90-95
• 6.5 仿真系统性能测试与分析95-102
• 6.6 本章小结102-103
• 第七章 总结与展望103-105
• 参考文献105-108
• 致谢108-109
• 在学期间发表的学术论文及研究成果109

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