基于FlightGear无人直升机硬件回路仿真系统的设计

发布时间：2017-04-23 06:00

  本文关键词：基于FlightGear无人直升机硬件回路仿真系统的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无人直升机是通过远程遥控地面站或机载计算机控制，能够进行垂直起降的无人飞行器，，在工业、国防和科研等领域具有广泛的应用价值。无人直升机是一个非常复杂的非线性控制系统，而且是一个具有多变量、强耦合、时变性的非自衡系统。飞控系统对稳定性、机动性和实时性要求很高，其控制器设计与实现极具挑战性。为了对控制算法进行有效验证，同时控制研究成本，开发一套用于模拟无人直升机真实飞行情况，实现控制器参数调整、飞行路径规划、飞行曲线优化等功能仿真系统极具实用意义。本文主要设计一套基于FlightGear仿真软件的无人直升机硬件回路仿真系统，在仿真系统中实现对飞控系统有效控制。 首先，通过介绍无人直升机仿真系统的基础、硬件回路仿真的目的与实验点、仿真范围与性能要求以及预期的成果，从而实现硬件回路仿真系统方案的设计。 接着，进行无人直升机数学模型分析和飞控系统与地面站设计。通过在FlightGear和MATLAB上搭建仿真模型对系统进行分析，通过构建无人直升机三维模型及飞行环境模型，从而完成无人直升机飞控系统和地面站的软硬件设计及系统实现。 最后，通过设计硬件回路通讯模块实现MATLAB、FlightGear、遥控器、飞控计算机和地面站各个模块之间的相互通讯完成整个仿真系统的搭建。并通过运行仿真软件系统，对实验结果进行分析从而验证该系统的实用性。
【关键词】：无人直升机 FlightGear 硬件回路 仿真系统
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V275.1;V249.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题的研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外无人直升机研究现状与技术难点12-15
• 1.2.1 国内外研究现状12-14
• 1.2.2 无人直升机的技术难点14-15
• 1.3 硬件回路仿真研究和国内外发展现状15-17
• 1.3.1 硬件回路仿真研究15-16
• 1.3.2 国内外硬件回路仿真发展现状16-17
• 1.4 论文主要研究内容17-18
• 第二章 硬件回路仿真需求分析与方案设计18-32
• 2.1 硬件回路仿真的需求分析18-25
• 2.1.1 硬件回路仿真目的与实验点21-23
• 2.1.2 硬件回路仿真范围与性能要求23-24
• 2.1.3 硬件回路仿真的预期成果24-25
• 2.2 硬件回路仿真系统方案设计25-31
• 2.2.1 硬件回路仿真系统的构建25-26
• 2.2.2 硬件回路仿真系统方案设计26-28
• 2.2.4 硬件回路各模块设计28-31
• 2.3 预期的设计问题31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 无人直升机仿真模型构建与设计32-43
• 3.1 无人直升机数学模型32-33
• 3.1.1 无人直升机机体运动的牛顿—欧拉方程32
• 3.1.2 无人直升机非线性数学模型32-33
• 3.1.3 线性化后的状态空间模型33
• 3.2 无人直升机动力学仿真模型构建33-40
• 3.2.1 基于 JSBSim\YASim 动力学模型构建34-38
• 3.2.3 基于 MATLAB 动力学模型构建38-40
• 3.3 无人机、地形等三维模型的建立40-41
• 3.3.1 无人直升机三维模型的建立40-41
• 3.3.2 飞行环境地形模型的建立41
• 3.4 本章小结41-43
• 第四章 无人直升机飞控系统与地面站设计43-63
• 4.1 飞控系统硬件设计43-45
• 4.1.1 主控计算机43-44
• 4.1.2 数据采集系统44
• 4.1.3 数据链路系统44
• 4.1.4 伺服驱动系统44-45
• 4.2 飞控系统软件设计45-46
• 4.2.1 软件总体架构45
• 4.2.2 数据采集模块45
• 4.2.3 数据通信模块45-46
• 4.2.4 反馈控制模块46
• 4.3 地面站软件设计46-52
• 4.3.1 地面站软件需求分析46-50
• 4.3.2 地面站总体设计50-51
• 4.3.3 地面站各模块设计51-52
• 4.4 地面站软件开发实现52-62
• 4.4.1 开发环境的搭建52-55
• 4.4.2 数据分析与展现模块55-61
• 4.4.3 控制命令输入与上传61-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 硬件回路通讯与数据分析设计63-73
• 5.1 硬件回路通讯模块设计63-68
• 5.1.1 MATLAB 与 FlightGear 通讯设计63-64
• 5.1.2 MATLAB 与遥控器通讯设计64-65
• 5.1.3 FlightGear 与飞控计算机通讯设计65-68
• 5.1.4 FlightGear 与地面站通讯设计68
• 5.2 飞行数据存储与回放68-69
• 5.2.1 基于 MATLAB 数据存储与回放68
• 5.2.2 基于 FlightGear 数据存储与回放68-69
• 5.2.3 基于地面站的数据存储与回放69
• 5.3 基于 MATLAB 飞行数据分析69-72
• 5.3.1 飞行姿态跟踪的分析69-71
• 5.3.2 飞行位置跟踪的分析71-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 仿真系统测试实验73-76
• 6.1 测试实验73-74
• 6.1.1 仿真硬件系统连接73-74
• 6.1.2 仿真软件系统运行74
• 6.2 基于仿真系统的控制器设计74-75
• 6.3 本章小结75-76
• 总结与展望76-77
• 参考文献77-79
• 致谢79-80
• 附件80

【参考文献】

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