本文關鍵詞：基于RTX的無人機實時飛行仿真系統(tǒng)研究

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【摘要】：飛行仿真系統(tǒng)是無人機飛行控制系統(tǒng)研制與地面驗證的關鍵平臺之一,對無人機飛行控制系統(tǒng)動態(tài)功能與性能指標的確認至關重要。隨著計算機技術的高速發(fā)展,PC機的硬件性能已滿足大部分仿真計算的硬件要求。因此,為了提高通用性并減少仿真軟件的開發(fā)和使用難度,本文以PC機和基于Windows操作系統(tǒng)的RTX實時擴展系統(tǒng)為軟硬件平臺,設計開發(fā)了一種實時無人機飛行仿真系統(tǒng)。論文主要的工作和研究成果如下:無人機實時飛行仿真系統(tǒng)硬件采用了兩臺PC計算機,包括一臺DELL筆記本計算機和一臺DELL臺式計算機;將飛行仿真軟件按功能進行模塊劃分到不同計算機硬件平臺上,達到模塊化、通用化、便于維護的目的;兩臺計算機通過網絡接口相互連接,實現信息交互。論文首先建立了樣例無人機六自由度非線性數學模型。在對執(zhí)行機構和傳感器進行分析研究的基礎上,建立了適用于仿真計算的典型數學模型。針對無人機飛行環(huán)境進行分析研究,建立了典型的大氣擾動數學模型。根據無人機六自由度模型的仿真實時性與精度要求,對四種典型的仿真算法進行分析研究,確定了可選用的仿真算法和仿真功能。其次,對RTX實時操作系統(tǒng)進行研究,針對實時飛行仿真的特點與要求及進行了實時性測試,為實時仿真軟件設計奠定基礎。根據實時飛行仿真軟件的功能與性能,開展仿真軟件的需求分析研究,給出了軟件設計與開發(fā)方案。以此為基礎,對RTX下的實時仿真軟件進行了詳細設計,論述了軟件的詳細開發(fā)過程。根據無人機實時飛行仿真系統(tǒng)對計算機間信息交互的功能與性能需求,本文分別設計了基于網絡通信接口和串行通信接口的實時通信軟件并進行了通信測試。最后,為了驗證基于RTX的無人機實時飛行仿真系統(tǒng)的功能和性能,采用樣例無人機系統(tǒng)模型進行了半物理實時飛行仿真試驗驗證。實驗結果表明:基于RTX的無人機實時飛行仿真系統(tǒng)具有良好的實時性和可靠性,其功能和性能滿足飛行仿真試驗要求。
【關鍵詞】：無人機 飛行仿真 RTX 實時性 飛行控制
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V279
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注釋表12-14
• 縮略詞14-15
• 第一章 緒論15-20
• 1.1 引言15
• 1.2 系統(tǒng)仿真技術15-16
• 1.3 無人機飛行仿真技術16-17
• 1.4 國內外研究現狀及分析17-18
• 1.5 論文研究內容與組織結構18-20
• 1.5.1 論文研究內容18
• 1.5.2 論文組織結構18-20
• 第二章 基于RTX的無人機仿真系統(tǒng)設計20-33
• 2.1 引言20
• 2.2 RTX實時系統(tǒng)簡介20-22
• 2.2.1 RTX系統(tǒng)架構21-22
• 2.3 RTX的軟件開發(fā)環(huán)境22-24
• 2.4 RTX的仿真軟件開發(fā)技術研究24-27
• 2.4.1 RTX的進程間數據實時交互技術24-25
• 2.4.2 RTX的高精度時鐘定時技術25-26
• 2.4.3 進程間的同步與互斥26-27
• 2.5 RTX實時性能測試27-28
• 2.6 無人機實時仿真軟件需求分析28-31
• 2.6.1 仿真系統(tǒng)功能需求28-30
• 2.6.2 仿真系統(tǒng)性能要求30-31
• 2.7 基于RTX的無人機仿真系統(tǒng)程序架構設計31-32
• 2.8 本章小結32-33
• 第三章 仿真對象建模33-55
• 3.1 引言33-34
• 3.2 無人機本體建模34-37
• 3.2.1 無人機本體建模35-37
• 3.2.2 動力系統(tǒng)建模37
• 3.3 執(zhí)行機構建模37-38
• 3.4 傳感器建模38-41
• 3.4.1 GPS39
• 3.4.2 IMU39-40
• 3.4.3 空速計與高度計40-41
• 3.5 飛行環(huán)境建模41-44
• 3.5.1 大氣環(huán)境建模41-43
• 3.5.2 風場建模43-44
• 3.6 算法選擇44-53
• 3.6.1 一般歐拉法44-45
• 3.6.2 歐拉法的改進45-46
• 3.6.3 龍格-庫塔法46-49
• 3.6.4 阿達姆斯法49-51
• 3.6.5 仿真算法選擇51-53
• 3.7 C語言環(huán)境下的建模實現53-54
• 3.8 本章小結54-55
• 第四章 無人機實時仿真軟件設計55-62
• 4.1 引言55-56
• 4.2 基于RTX的無人機實時仿真程序56-59
• 4.2.1 實時仿真模塊設計56-57
• 4.2.2 仿真控制管理模塊設計57-59
• 4.3 基于RTX的無人機實時飛行仿真系統(tǒng)程序實現方案59-61
• 4.3.1 基于RTX的傳感器仿真程序實現59
• 4.3.2 基于RTX的執(zhí)行機構仿真程序實現59-61
• 4.4 本章小結61-62
• 第五章 無人機實時飛行仿真系統(tǒng)實時通信的實現62-74
• 5.1 引言62
• 5.2 無人機仿真系統(tǒng)實時通信需求分析62-63
• 5.3 實時以太網通信63-70
• 5.3.1 實時以太網的RT-TCP/IP協(xié)議65-67
• 5.3.2 實時以太網的UDP協(xié)議67-68
• 5.3.3 實時以太網通信測試68-70
• 5.4 串行通信接口通信70-73
• 5.4.1 RTX下Rt API對串行通信接口的主要操作70-71
• 5.4.2 串行通信接口通信模塊設計71-72
• 5.4.3 串行通信接口通信測試72-73
• 5.5 本章小結73-74
• 第六章 樣例無人機飛行仿真試驗驗證74-83
• 6.1 引言74
• 6.2 仿真系統(tǒng)驗證方案74
• 6.3 仿真系統(tǒng)功能驗證74-77
• 6.3.1 無人機本體模型仿真模塊性能驗證74-76
• 6.3.2 仿真系統(tǒng)通信模塊性能驗證76
• 6.3.3 仿真系統(tǒng)大氣環(huán)境模塊性能驗證76-77
• 6.4 樣例無人機仿真驗證77-81
• 6.4.1 樣例無人機控制律介紹77-79
• 6.4.2 系統(tǒng)仿真準備79-81
• 6.4.3 仿真結果及分析81
• 6.5 仿真結論81-82
• 6.6 本章小結82-83
• 第七章 總結與展望83-85
• 7.1 本文主要工作83-84
• 7.2 后續(xù)工作展望84-85
• 參考文獻85-88
• 致謝88-89
• 在學期間的研究成果及學術論文89

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