【正文】 接受飛行控制量輸入信號(hào)，進(jìn)行無人機(jī)簡(jiǎn)單動(dòng)力學(xué)方程求解，并將仿真結(jié)果實(shí)時(shí)地傳輸給其他設(shè)備。仿真試驗(yàn)是飛行控制系統(tǒng)研制的重要階段，通過在地面全面檢驗(yàn)和驗(yàn)證飛行控制系統(tǒng)，綜合測(cè)試其性能指標(biāo)，為實(shí)際試飛提供可靠性保證。 無人機(jī)半實(shí)物仿真的特點(diǎn)和意義在無人機(jī)研制開發(fā)中，需要進(jìn)行大量的地面實(shí)驗(yàn)來決定樣機(jī)的性能，由于在實(shí)物上進(jìn)行試驗(yàn)具有很大的局限性和風(fēng)險(xiǎn)，所以通常需要一個(gè)仿真平臺(tái)來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。在美國，已有系統(tǒng)化的飛行運(yùn)動(dòng)仿真器和高性能的仿真計(jì)算機(jī)，并且隨著制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，在目標(biāo)特性及其背景的仿真技術(shù)方面也有很大發(fā)展，以從簡(jiǎn)單的機(jī)械式的點(diǎn)源目標(biāo)仿真器，發(fā)展為陳列式具有形體特征的目標(biāo)仿真器，進(jìn)而研制了圖像目標(biāo)仿真器[5]。 編號(hào) 畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目無人機(jī)飛行控制地面仿真研究無人機(jī)飛行控制地面仿真研究摘 要本文針對(duì)某型無人機(jī)飛行設(shè)計(jì)要求，完成對(duì)無人機(jī)空中飛行的模擬仿真，并綜合測(cè)試仿真狀態(tài)下的控制律運(yùn)行情況。 國內(nèi)外半實(shí)物仿真技術(shù)發(fā)展與現(xiàn)狀當(dāng)代西方發(fā)達(dá)國家，如歐美、日本和俄羅斯等主要武器生產(chǎn)國非常重視半實(shí)物仿真技術(shù)的研究和應(yīng)用，早在20世紀(jì)40年代就開始了控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真技術(shù)的研究，60～70年代起不惜重金建造了一大批半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)室，并不斷進(jìn)行擴(kuò)充和改進(jìn)。經(jīng)過長期努力，我國仿真技術(shù)在某些方面達(dá)到了國際先進(jìn)水平。 仿真的目的與要求仿真是采用模型進(jìn)行的試驗(yàn)，采用仿真技術(shù)可以縮短研制周期，節(jié)省研制費(fèi)用，并可以多次重復(fù)性試驗(yàn)，預(yù)先發(fā)現(xiàn)問題，增加外場(chǎng)試驗(yàn)的安全性。飛控計(jì)算機(jī)要完成的任務(wù)主要如下[13]：（a） 接收來自地面測(cè)控臺(tái)的地面指令信號(hào)，并向地面測(cè)控臺(tái)返回?zé)o人機(jī)的各種狀態(tài)信號(hào)；（b） 完成無人機(jī)縱向通道和橫側(cè)向通道的增穩(wěn)控制；（c） 采用數(shù)字控制算法，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)三軸角位置的閉環(huán)控制，保證無人機(jī)在各種飛行條件下實(shí)現(xiàn)姿態(tài)與指令相一致；（d） 根據(jù)導(dǎo)航控制給定的航跡指令，完成無人機(jī)的航跡控制；（2）仿真計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)是仿真系統(tǒng)的核心部件，代替了無人機(jī)在系統(tǒng)中的作用，無人機(jī)簡(jiǎn)單動(dòng)力學(xué)模型、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型均是由仿真計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)模擬。為了減小偏航阻尼器對(duì)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)彎的影響，引入了洗出網(wǎng)絡(luò)，時(shí)間常數(shù)為。為了精確的控制無人機(jī)的航向，當(dāng)航向偏差到一定的范圍之內(nèi)，引入航向偏差的積分信號(hào)，這就是航向保持的控制規(guī)律。 橫側(cè)向控制通道最后建立的是橫側(cè)向控制通道的簡(jiǎn)化傳遞函數(shù)式。(2) 舵機(jī)測(cè)試：用于測(cè)試執(zhí)行機(jī)構(gòu)的頻率響應(yīng)特性是否滿足控制要求，通過仿真計(jì)算機(jī)產(chǎn)生不同頻率的正弦波形，查看仿真計(jì)算機(jī)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的跟隨性如何。由圖可知，在誤差和精度允許范圍內(nèi)，無人機(jī)在本次半實(shí)物仿真試驗(yàn)中飛行航跡能夠滿足自主飛行控制的設(shè)計(jì)要求。（3）為了減小研制風(fēng)險(xiǎn)，本文從工程應(yīng)用的角度出發(fā)采用已有的無人機(jī)各通道控制律進(jìn)行仿真。 特別感謝養(yǎng)育我的父母，是他們始終如一的理解和無微不至的關(guān)懷才得以讓我順利完成學(xué)業(yè)，他們是我永遠(yuǎn)堅(jiān)強(qiáng)的后盾，我很愛他們。（4） 對(duì)無人機(jī)飛行控制地面仿真進(jìn)行了研究，深入了解了仿真系統(tǒng)的構(gòu)建、實(shí)現(xiàn)方法。再運(yùn)行一段時(shí)間后，進(jìn)入平飛狀態(tài)，在此過程中無人機(jī)速度先升后降，并進(jìn)入平飛穩(wěn)速飛行階段，中間的高度和速度波動(dòng)可能是由于模型停止導(dǎo)致的，但是并不影響無人機(jī)的整體飛行性能分析。 雙機(jī)仿真界面(1) 參數(shù)顯示包括無人機(jī)飛行參數(shù)的數(shù)值；俯仰角、滾轉(zhuǎn)角、航向角和高度曲線等；給定航跡和實(shí)際飛行航跡曲線等；(2) 控制按鈕包括模型啟動(dòng)，用于無人機(jī)仿真模型啟動(dòng)；風(fēng)擾，用于在仿真時(shí)給模型加陣風(fēng)擾動(dòng)；啟動(dòng)，用于為模型開始計(jì)時(shí)；仿真設(shè)置，用于設(shè)置模型起飛點(diǎn)的經(jīng)緯度以及航向；仿真模式下拉菜單，用于選擇“全數(shù)字仿真”和“雙機(jī)仿真”；初始點(diǎn)偏離，用于使模型偏離初始值等。 俯仰控制通道的結(jié)構(gòu)圖在某型無人機(jī)仿真時(shí)，取模型數(shù)據(jù)。高度控制是通過控制飛機(jī)的姿態(tài)來達(dá)到控制飛機(jī)高度的目的。以俯仰控制為例，俯仰角速度的引入，起到增大飛機(jī)縱向短周期運(yùn)動(dòng)的阻尼，增加了飛機(jī)的穩(wěn)定性[17]。下面對(duì)飛控計(jì)算機(jī)、仿真計(jì)算機(jī)和地面測(cè)控臺(tái)做具體論述。第五章主要對(duì)本課題研究工作的總結(jié)以及后期工作的展望，分析了本課題設(shè)計(jì)中取得的成績和存在的不足之處，對(duì)以后工作提出了建議。90年代，我國開始對(duì)分布式交互仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)仿真技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行研究，開展了較大規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)仿真，為武器系統(tǒng)研制提供更先進(jìn)、更完善的技術(shù)基礎(chǔ)。物理仿真是按照實(shí)際系統(tǒng)的物理性質(zhì)構(gòu)造系統(tǒng)的物理模型，并在物理模型上進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)表明無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)具有良好的控制效果，滿足飛行控制要求。歐洲對(duì)于仿真技術(shù)的研究也十分重視。半實(shí)物仿真是仿真技術(shù)中置信度最高的一種仿真方法，有兩個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)：一個(gè)是通過建造的無人機(jī)環(huán)境模型，逼真地生成實(shí)戰(zhàn)空間環(huán)境，提供給無人機(jī)的制導(dǎo)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)；另一個(gè)是可以把無人機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)中某些非線性比較高的關(guān)鍵部件實(shí)物（如飛控計(jì)算機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）引入仿真回路，這樣就避免了全數(shù)字仿真中由于非線性部件建立數(shù)學(xué)模型的不準(zhǔn)確性所帶入的誤差，從而大大提高仿真的可信度，這是全數(shù)字仿真所無法比擬的[10]。（4）如果在外場(chǎng)飛行試驗(yàn)中發(fā)生故障，可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過仿真試驗(yàn)對(duì)外場(chǎng)故障進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，分析事故原因，提出相應(yīng)的解決方案，再進(jìn)行仿真驗(yàn)證。地面測(cè)控臺(tái)傳遞信息給飛控計(jì)算機(jī)，先操縱仿真計(jì)算機(jī)中的無人機(jī)模型飛行，同時(shí)飛控計(jì)算機(jī)把仿真計(jì)算機(jī)傳遞過來的無人機(jī)的各種姿態(tài)信息以及其他信息反饋到地面站上，實(shí)現(xiàn)地面遙測(cè)處理的過程。同時(shí)由于燃油不斷的消耗，無人機(jī)本身的重量不斷的減輕，使無人機(jī)升力增加，同樣引起高度的漂移。側(cè)向的偏差一般通過飛機(jī)轉(zhuǎn)彎的方式來修正。本章將在第二章的基礎(chǔ)上對(duì)飛行控制地面仿真試驗(yàn)進(jìn)行構(gòu)造，設(shè)計(jì)某型無人機(jī)雙機(jī)仿真試驗(yàn)以及對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。 無人機(jī)各個(gè)飛行參數(shù)仿真界面圖由于每個(gè)航段的飛行高度不同，因此，在某型無人機(jī)的仿真過程中，需要通過姿態(tài)控制模態(tài)和高度控制模態(tài)實(shí)現(xiàn)。首先敘述了半實(shí)物仿真系統(tǒng)的構(gòu)造；然后，簡(jiǎn)單介紹了無人機(jī)飛行控制地面仿真界面的設(shè)計(jì)和開發(fā)，其中包括仿真界面和仿真軟件；最后，運(yùn)用設(shè)計(jì)的雙機(jī)仿真系統(tǒng)進(jìn)行了仿真試驗(yàn)，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析，檢測(cè)了某型無人機(jī)系統(tǒng)的任務(wù)邏輯和功能，飛行控制系統(tǒng)具有良好的控制效果，為之后的控制律和無人機(jī)設(shè)計(jì)改進(jìn)提供必要數(shù)據(jù)支持以及模型支持。 參 考 文 獻(xiàn)[1] Jonghyuk Kim, Lee Ling Ong, E Nettleton. 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