本發(fā)明屬于飛行仿真技術(shù)、無人機(jī)半物理仿真試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種基于串口通信的無人機(jī)飛行仿真演示驗(yàn)證平臺。
背景技術(shù):
無人機(jī)作為近年來發(fā)展迅猛的航空領(lǐng)域,已經(jīng)越來越多的應(yīng)用到軍、民用的多個(gè)方面。相對于大型有人飛機(jī)的飛控系統(tǒng),無人機(jī)的飛控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單,機(jī)載設(shè)備相對較少。因此,所以要求的設(shè)計(jì)周期較短,研制費(fèi)用較低,研制流程較為簡化。有人飛機(jī)型號普遍采用鐵鳥半物理仿真試驗(yàn)平臺對完整飛控系統(tǒng)的通信接口、控制律參數(shù)、邏輯等進(jìn)行全面的試驗(yàn)驗(yàn)證來保證飛機(jī)飛控系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。鐵鳥系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜而昂貴的試驗(yàn)驗(yàn)證平臺,機(jī)載設(shè)備通信接口數(shù)據(jù)一般通過特定的試驗(yàn)器或反射內(nèi)存卡的方式與數(shù)字仿真數(shù)據(jù)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換,成本較高。而目前無人機(jī)飛控系統(tǒng)的研制過程主要是在利用數(shù)字仿真手段進(jìn)行控制律設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,結(jié)合試飛驗(yàn)證的方式開展的。這就導(dǎo)致無人機(jī)飛控系統(tǒng)機(jī)載設(shè)備之間的通信接口驗(yàn)證不夠充分,可靠性降低,并且試飛驗(yàn)證耗費(fèi)的人力和時(shí)間成本較高。目前無人機(jī)飛控系統(tǒng)普遍采用422、232等串口協(xié)議作為機(jī)載設(shè)備間的通信協(xié)議。本發(fā)明充分考慮無人機(jī)機(jī)載設(shè)備間普遍采用的串口通信方式,將飛行仿真技術(shù)和串口通信仿真技術(shù)相結(jié)合,建立無人機(jī)半物理仿真開發(fā)驗(yàn)證平臺,結(jié)合數(shù)據(jù)監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真狀態(tài)監(jiān)控與故障模擬仿真,并配合視景計(jì)算機(jī)和儀表計(jì)算機(jī)的顯示,更加直觀的演示驗(yàn)證無人機(jī)飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)狀態(tài),極大程度的將無人機(jī)飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)驗(yàn)證融合開展,滿足無人機(jī)飛控系統(tǒng)的研制特點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是:提供一種基于串口通信的無人機(jī)飛行仿真演示驗(yàn)證平臺,結(jié)合飛行仿真技術(shù)和串口通信仿真技術(shù),將主仿真計(jì)算機(jī)中的飛行仿真模型解算出的飛行參數(shù)通過串口通信模塊仿真為飛控系統(tǒng)機(jī)載設(shè)備的串口通信形式,發(fā)送給飛控計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制律解算并形成控制指令,以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)飛控系統(tǒng)半物理閉環(huán)仿真試驗(yàn)驗(yàn)證。通過數(shù)據(jù)監(jiān)控計(jì)算機(jī)對閉環(huán)仿真過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,并能夠修改串口通信數(shù)據(jù)進(jìn)行故障模擬仿真。結(jié)合視景和儀表顯示更加直觀的呈現(xiàn)閉環(huán)仿真的飛行狀態(tài),以滿足飛控系統(tǒng)控制律開發(fā)要求以及機(jī)載設(shè)備接口測試要求。該發(fā)明可應(yīng)用于無人機(jī)飛控系統(tǒng)開發(fā)與試驗(yàn)驗(yàn)證。
本發(fā)明的技術(shù)方案是:為達(dá)到上述發(fā)明目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種基于串口通信的無人機(jī)飛行仿真演示驗(yàn)證平臺,其特征在于,包括主飛行仿真計(jì)算機(jī)1、飛控計(jì)算機(jī)2、視景計(jì)算機(jī)3、儀表計(jì)算機(jī)4、作動器控制器5、地面操縱裝置6和數(shù)據(jù)監(jiān)控計(jì)算機(jī)7,其中:
所述主飛行仿真計(jì)算機(jī)1用于實(shí)現(xiàn)飛行仿真和串口仿真,主要包括飛行仿真模塊101和串口通信模塊102,飛行仿真模塊101用于仿真飛機(jī)本體六自由度運(yùn)動,串口通信模塊102用于將飛行仿真的輸入和輸出信號轉(zhuǎn)換為真實(shí)機(jī)載設(shè)備的串口通信協(xié)議數(shù)據(jù)格式與飛控計(jì)算機(jī)2和作動器控制器5以及地面操縱裝置6交聯(lián);
所述飛控計(jì)算機(jī)2用于綜合處理飛行仿真模塊101解算出的飛機(jī)運(yùn)動狀態(tài)參數(shù)和地面站操縱裝置6指令,進(jìn)行控制律解算,輸出飛行控制指令至作動器控制器5,通過串口通信協(xié)議與主飛行仿真計(jì)算機(jī)1和作動器控制器5交聯(lián);
所述視景計(jì)算機(jī)3用于以駕駛員視角顯示實(shí)時(shí)飛行狀態(tài),與主飛行仿真計(jì)算機(jī)1以UDP通信方式交聯(lián);
所述儀表計(jì)算機(jī)4用于以通用儀表方式對飛行實(shí)時(shí)高度、速度、姿態(tài)角、位置等信息進(jìn)行顯示,與主飛行仿真計(jì)算機(jī)1以UDP通信方式交聯(lián);
所述作動器控制器5以串口通信方式與飛控計(jì)算機(jī)2交聯(lián),接收飛控計(jì)算機(jī)2的控制指令,驅(qū)動舵面運(yùn)動并將舵面位置信息以串口形式發(fā)送給主飛行仿真計(jì)算機(jī)1;
所述地面操縱裝置6用于進(jìn)行人工操縱輸入和飛行模態(tài)控制切換,如全自助、增穩(wěn)、人工控制等模態(tài)轉(zhuǎn)換;
所述數(shù)據(jù)監(jiān)控計(jì)算機(jī)7用于提取串口通信模塊102的通信數(shù)據(jù),對串口通信數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和修改,使設(shè)計(jì)人員實(shí)時(shí)掌握各個(gè)串口的接收發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)容,并通過修改數(shù)據(jù)內(nèi)容達(dá)到故障狀態(tài)模擬的目的;
本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果:本發(fā)明能夠仿真各種無人機(jī)常用串口通信協(xié)議,模擬真實(shí)無人機(jī)飛控系統(tǒng)機(jī)載設(shè)備間的通信方式進(jìn)行半物理閉環(huán)仿真演示驗(yàn)證。便于在無人機(jī)飛控系統(tǒng)開發(fā)過程中融入機(jī)載設(shè)備接口測試。通過數(shù)據(jù)監(jiān)控計(jì)算機(jī)對閉環(huán)仿真過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,有利于準(zhǔn)確定位故障,提高排故效率,同時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控計(jì)算機(jī)能夠修改串口通信數(shù)據(jù)進(jìn)行故障模擬仿真,有助于提高故障狀態(tài)的控制策略設(shè)計(jì),提高系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性。結(jié)合視景和儀表顯示可以更加直觀的呈現(xiàn)閉環(huán)仿真的飛行狀態(tài),使設(shè)計(jì)人員直觀感受所開發(fā)飛控系統(tǒng)的飛行品質(zhì),提高設(shè)計(jì)效率。本發(fā)明具有較好的可重構(gòu)性和可重用性,可推廣應(yīng)用于其他無人機(jī)型號飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,節(jié)約研制成本,縮短研制周期。
附圖說明
圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖;
其中,1-主飛行仿真計(jì)算機(jī)、2-飛控計(jì)算機(jī)、3-視景計(jì)算機(jī)、4-儀表計(jì)算機(jī)、5-作動器控制器、6-地面站操縱裝置、7-數(shù)據(jù)監(jiān)控計(jì)算機(jī)、101-飛行仿真模塊、102-串口通信模塊。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說明書附圖及實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述,請參閱圖1。
本發(fā)明的原理:本發(fā)明結(jié)合飛行仿真技術(shù)和串口通信仿真技術(shù),將主仿真計(jì)算機(jī)中的飛行仿真模型解算出的飛行參數(shù)通過串口通信模塊仿真為飛控系統(tǒng)機(jī)載設(shè)備的串口通信形式,發(fā)送給飛控計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制律解算并形成控制指令,以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)飛控系統(tǒng)半物理閉環(huán)仿真試驗(yàn)驗(yàn)證。通過數(shù)據(jù)監(jiān)控計(jì)算機(jī)對閉環(huán)仿真過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,并能夠修改串口通信數(shù)據(jù)進(jìn)行故障模擬仿真。結(jié)合視景和儀表顯示更加直觀的顯示閉環(huán)仿真的飛行狀態(tài),以滿足飛控系統(tǒng)控制律開發(fā)要求以及機(jī)載設(shè)備接口測試要求。
本發(fā)明的思路:本發(fā)明以實(shí)現(xiàn)基于串口通信的無人機(jī)飛控系統(tǒng)閉環(huán)半物理仿真為目標(biāo),充分考慮各種無人機(jī)通用機(jī)載設(shè)備串口通信形式,將飛行仿真數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)格式進(jìn)行半物理閉環(huán)仿真,并利用數(shù)據(jù)監(jiān)控手段進(jìn)行仿真狀態(tài)監(jiān)控和通信數(shù)據(jù)修改,實(shí)現(xiàn)故障狀態(tài)仿真,結(jié)合視景和儀表顯示實(shí)現(xiàn)無人機(jī)飛控系統(tǒng)開發(fā)半物理閉環(huán)仿真的工作過程。
具體實(shí)施步驟包括:主飛行仿真計(jì)算機(jī)通過其中的串口通信模塊接收來自作動器控制器的舵面位置信息以及地面操縱裝置的操縱指令,將舵面位置信號轉(zhuǎn)換為飛行仿真模塊所需要的仿真輸入信號,操縱指令通過串口通信模塊轉(zhuǎn)發(fā)給飛控計(jì)算機(jī)。飛行仿真模塊根據(jù)舵面位置信號仿真飛機(jī)六自由度運(yùn)動,并輸出飛機(jī)實(shí)時(shí)飛行狀態(tài)參數(shù)。串口通信模塊根據(jù)飛控系統(tǒng)機(jī)載設(shè)備的類型及對應(yīng)的串口通信協(xié)議,將飛行狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換為各個(gè)機(jī)載設(shè)備的串口信號形式發(fā)送到飛控計(jì)算機(jī)。飛控計(jì)算機(jī)接收來自主仿真計(jì)算機(jī)的飛行狀態(tài)參數(shù)以及地面操縱指令,進(jìn)行控制律解算并輸出控制指令信號到作動器控制器。作動器控制器根據(jù)控制指令輸出舵面位置發(fā)送至主飛行仿真計(jì)算機(jī),形成完整半物理閉環(huán)仿真回路。同時(shí)視景計(jì)算機(jī)和儀表計(jì)算機(jī)接收來自主飛行仿真計(jì)算機(jī)的飛行狀態(tài)參數(shù),驅(qū)動視景和儀表仿真進(jìn)行實(shí)時(shí)飛行狀態(tài)顯示。數(shù)據(jù)監(jiān)控計(jì)算機(jī)可以對串口通信模塊中進(jìn)行轉(zhuǎn)換的仿真信號進(jìn)行監(jiān)控和修改。
本發(fā)明的具體內(nèi)容:一種基于串口通信的無人機(jī)飛行仿真演示驗(yàn)證平臺,主要組成包括:主飛行仿真計(jì)算機(jī)(1)、飛控計(jì)算機(jī)(2)、視景計(jì)算機(jī)(3)、儀表計(jì)算機(jī)(4)、作動器控制器(5)、地面操縱裝置(6)和數(shù)據(jù)監(jiān)控計(jì)算機(jī)(7)。
主飛行仿真計(jì)算機(jī)(1)作為平臺的核心,用于實(shí)現(xiàn)飛行仿真和串口仿真,主要包括飛行仿真模塊(101)和串口通信模塊(102)。飛行仿真模塊(101)用于仿真飛機(jī)本體六自由度運(yùn)動,串口通信模塊(102)將飛行仿真的輸入和輸出信號轉(zhuǎn)換為真實(shí)機(jī)載設(shè)備的串口通信協(xié)議數(shù)據(jù)格式與飛控計(jì)算機(jī)和作動器控制器以及地面操縱裝置交聯(lián);
飛控計(jì)算機(jī)(2)作為機(jī)載設(shè)備,裝載機(jī)載控制律軟件,通過串口通信協(xié)議與主飛行仿真計(jì)算機(jī)(1)交聯(lián),綜合處理飛行仿真解算出的飛機(jī)運(yùn)動狀態(tài)參數(shù)和地面站操縱指令,進(jìn)行控制律解算,輸出飛行控制指令;
視景計(jì)算機(jī)(3)接收來自主飛行仿真計(jì)算機(jī)(1)的飛行狀態(tài)參數(shù)以駕駛員視角進(jìn)行圖形化顯示,結(jié)合地形數(shù)據(jù)使仿真環(huán)境更加真實(shí)直觀;
儀表計(jì)算機(jī)(4)接收來自主飛行仿真計(jì)算機(jī)(1)的飛行狀態(tài)參數(shù)以通用儀表方式對飛行實(shí)時(shí)高度、速度、姿態(tài)角、位置信息等進(jìn)行顯示,使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控飛行狀態(tài)。
作動器控制器(5)作為機(jī)載設(shè)備,以串口通信方式與飛控計(jì)算機(jī)(2)交聯(lián),接收飛控計(jì)算機(jī)(2)的控制指令,驅(qū)動舵面運(yùn)動并將舵面位置信息以串口形式發(fā)送給主飛行仿真計(jì)算機(jī)(1)。
地面操縱裝置(6)用于進(jìn)行人工操縱輸入和飛行模態(tài)控制切換,如全自助、增穩(wěn)、人工控制等模態(tài)轉(zhuǎn)換。
數(shù)據(jù)監(jiān)控計(jì)算機(jī)(7)是閉環(huán)仿真中串口通信數(shù)據(jù)的人機(jī)交互設(shè)備,用于提取串口通信模塊(102)的通信數(shù)據(jù),能夠?qū)λ写谕ㄐ艛?shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和修改,使設(shè)計(jì)人員實(shí)時(shí)掌握各個(gè)串口的接收發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)容,并通過修改數(shù)據(jù)內(nèi)容達(dá)到故障狀態(tài)模擬的目的。