[发明专利]一种单旋翼无人飞行器三自由度半实物仿真平台及实验方法

权利要求书

1.一种单旋翼无人飞行器三自由度半实物仿真平台，包括单旋翼直升机（1），其特征在于，所述的单旋翼直升机（1）设置在三自由度飞行器转台（2）顶端的具有万向性的球关节上，所述单旋翼直升机（1）的几何中心处设置有机载姿态传感器（3），所述单旋翼直升机（1）中设置有用于控制单旋翼直升机（1）的舵机（11）的机载协控器（4），所述的机载姿态传感器（3）和机载协控器（4）分别连接仿真控制器系统（5），所述的仿真控制器系统（5）用于创建仿真模型、生成仿真代码和控制仿真进程并与机载姿态传感器（3）和机载协控器（4）交互信息，还设置有与所述的仿真控制器系统（5）相连接的用于显示虚拟的位移变化的虚拟场景在线显示计算机（6）。

2.根据权利要求1所述的一种单旋翼无人飞行器三自由度半实物仿真平台，其特征在于，所述的单旋翼直升机（1）上还设置有用于接收遥控器（7）的信号并与机载协控器（4）相连接的接收机（8）。

3.根据权利要求1所述的一种单旋翼无人飞行器三自由度半实物仿真平台，其特征在于，所述的仿真控制器系统（5）包括有用于创建仿真模型、生成仿真代码和控制仿真进程的宿主计算机（51），用于执行仿真代码并与机载姿态传感器（3）和机载协控器（4）交互信息的目标机（52），以及与目标机（52）相连接的目标机显示器（53），所述的宿主计算机（51）和目标机（52）通过路由器（9）组成局域网。

4.根据权利要求1所述的一种单旋翼无人飞行器三自由度半实物仿真平台，其特征在于，所述的虚拟场景在线显示计算机（6）包括有用于显示单旋翼直升机（1）飞行状况的计算机（61），以及显示谷歌地球的计算机（62），所述的虚拟场景在线显示计算机（6）通过路由器（9）与所述的仿真控制器系统（5）中的宿主计算机（51）和目标机（53）共在同一个局域网内。

5.一种权利要求1～4任一项所述的一种单旋翼无人飞行器三自由度半实物仿真平台的实验方法，其特征在于，依据仿真任务，利用xPC工具箱中的模块与控件，在宿主机上运行Simulink软件，为仿真系统搭建模型框图，所搭建的模型中包含读取机载传感器数据子系统、生成单旋翼无人飞行器虚拟位移子系统、飞行控制算法子系统和控制指令传送与虚拟显示接口子系统这四个子系统。

6.根据权利要求5所述的一种单旋翼无人飞行器三自由度半实物仿真平台的实验方法，其特征在于，所述的读取机载传感器数据子系统，包括用于获取MTi惯性导航单元的姿态信息与角速度信息，使用Baseboard Serial FIFO模块和FIFO Read Binary模块来接收和解析数据，经过对应的坐标变换及度量变换，从而得到三维欧拉角及一阶导数值，同时，将这些数据输出给其他子系统。

7.根据权利要求5所述的一种单旋翼无人飞行器三自由度半实物仿真平台的实验方法，其特征在于，所述的生成单旋翼无人飞行器虚拟位移子系统包括建立单旋翼无人飞行器的动力学模型，利用读取机载传感器数据子系统中获取的数据，借助单旋翼无人飞行器的动力学模型，解算出飞行器的虚拟三维线加速度，并通过两次积分运算分别得到虚拟线速度与虚拟位移。

8.根据权利要求5所述的一种单旋翼无人飞行器三自由度半实物仿真平台的实验方法，其特征在于，所述的飞行控制算法子系统，包含飞行航迹规划和飞行控制算法两个子模块，在飞行航迹规划子模块中，仿真人员依飞行任务自行设计飞行路线，飞行控制算法子模块则结合当前的飞行器状态信息，包括真实的姿态信息与虚拟的位移信息，以及飞行任务，通过设定的控制算法生成相应的控制指令。

9.根据权利要求5所述的一种单旋翼无人飞行器三自由度半实物仿真平台的实验方法，其特征在于，所述的控制指令传送与虚拟显示接口子系统包括将控制指令通过串口发送到DSP机载协控器，用于产生PWM信号驱动舵机；同时，将真实的三维姿态信息与虚拟位置信息通过UDP网络发送至局域网其他计算机终端，用于虚拟场景的在线显示。