[实用新型]飞行机器人控制系统半物理仿真平台

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种飞行机器人控制系统的半物理仿真平台，具体地说是一种基于软件、硬件结构相结合的飞行机器人仿真系统及其控制方法。

背景技术

为了满足飞行机器人在控制系统软件设计和关键技术前期验证的需求，国内外学者构建了各种针对不同应用的飞行机器人的软件仿真(Software in theloop simulation，SILS)平台。而单一的软件仿真平台并不能够满足飞行机器人控制系统对控制算法、系统功能以及结合系统硬件调试和研究的需求。

半物理仿真，也称半实物、硬件在回路仿真(Hardware in the loop simulation，HILS)，在飞行机器人系统的设计与研发过程中有着极其重要的意义。尤其对于飞行机器人控制系统而言，具有高系统复杂性、多控制变量性以及由环境、天气等因素带来的不可预见性等特点。因此，针对飞行机器人控制系统建立的仿真环境是设计复杂控制系统、研究其关键技术、实现稳定控制策略以及系统各功能不可或缺的重要手段。

飞行机器人控制半物理仿真系统是研究和开发飞行机器人控制系统过程中特有的一种仿真方法，它利用飞行机器人动力学模型仿真计算机结合飞行机器人机载控制器实物系统建立半物理仿真平台。

与软件仿真系统不同的是，半物理仿真系统将真实的飞行机器人机载控制器的软、硬件系统置于仿真闭环中，对飞行机器人的全飞行过程、全飞行状态进行仿真，从而及时地发现并修改飞行机器人控制系统软、硬件在真实工作环境中存在的漏洞，有效地提高控制系统的可靠性。目前，在相关专利收索中尚未发现有关飞行机器人的半物理仿真系统。

实用新型内容

针对现有的软件仿真平台存在无法实现对于飞行机器人的控制算法、系统功能以及结合系统硬件调试的这一技术空白，提出了飞行机器人控制系统的半物理仿真系统。

本实用新型采用的技术方案是：一种飞行机器人控制系统半物理仿真平台，包括

飞行机器人飞行姿态显示/视景显示计算机，与飞行机器人动力学模型仿真计算机连接，用于实现飞行机器人飞行空域、地理地形人文建筑物、障碍物和实时/虚拟天气条件的三维模拟显示，以及各飞行机器人的飞行姿态的三维立体显示；

飞行机器人动力学模型仿真计算机，存有飞行机器人动力学模型，与飞行机器人机载控制系统连接，用于根据各飞行机器人的动力学模型实时解算并生成一系列虚拟的传感器设备信号，实现飞行机器人的自主闭环控制；

飞行机器人机载控制系统，与飞行机器人动力学模型仿真计算机，无线电遥控器和飞行机器人地面监控计算机连接，用于完成对飞行机器人动力学模型仿真计算机发送的虚拟传感器设备信号的接收，将经过控制算法计算后获得的执行舵机控制信号发送到机器人动力学模型仿真计算机；

无线电遥控器，与飞行机器人机载控制系统连接，实现飞行机器人飞行功能的切换，控制飞行机器人外带的负载设备，完成不同的飞行目的及各种飞行任务；

飞行机器人地面监控计算机，与飞行机器人机载控制系统连接；用于实现飞行机器人飞行状态以及飞行机器人健康状态的监控，对飞行机器人飞行任务的在线管理、飞行机器人飞行模式的切换，以及结合平面地图对飞行机器人的地理位置进行实时显示。

所述飞行机器人机载控制系统包括：

飞行机器人机载控制器，与飞行机器人地面监控计算机和执行舵机连接；

飞行机器人工作状态指示模块，由三枚不同颜色的大功率高亮LED组成，用于指示和区分飞行机器人所处的不同的工作及飞行状态；

执行舵机，发送执行舵机控制信号到机器人动力学模型仿真计算机；

无线接收模块，为无线接收模块。

所述飞行机器人机载控制器包括：

导航传感器导航信息处理单元，将虚拟的传感器输出的原始数据信息，对其进行滤波计算后将处理后的导航信息发送给控制算法处理单元和飞行数据存储单元；

控制算法处理单元，接收经导航传感器导航信息处理单元处理后的导航信息，并将控制信号通过串口扩展单元发送到执行舵机；

飞行数据存储单元，接收来自导航传感器导航信息处理单元和控制算法处理单元的数据；用于存储原始导航数据、滤波处理后的导航数据、控制信号、飞行机器人工作状态以及后期分析所需的数据；

串口扩展单元，通过RS-232串行通讯总线与飞行机器人地面监控计算机和飞行机器人动力学模型仿真计算机进行实时信息交换，并以ISP模式完成控制算法的写入；

系统供电及开关单元，给飞行机器人机载控制器供电。