[发明专利]一种四旋翼无人飞行器半实物仿真实验系统及实验方法

权利要求书

1.一种四旋翼无人飞行器半实物仿真实验系统，包括四旋翼无人飞行器（1），其特征在于，所述的四旋翼无人飞行器（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，所述四旋翼无人飞行器（1）的几何中心处设置有机载姿态传感器（3），所述四旋翼无人飞行器（1）包括有用于控制飞行的机载底层控制板（4），所述的机载姿态传感器（3）和机载底层控制板（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）和机载底层控制板（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所述的一种四旋翼无人飞行器半实物仿真实验系统，其特征在于，所述的四旋翼无人飞行器（1）包括有航模飞行控制板（11），分别与航模飞行控制板（11）相连的接收机（12），以及电子调速器（14）和与电子调速器（14）相连的无刷直流电机（15），其中，所述的接收机（12）的输入端连接遥控器（13），输出端连接机载底层控制板（4）中的数字信号处理器（41）的输入端，所述的航模飞行控制板（11）连接机载底层控制板（4）中的手动/自动切换芯片（42）的输入端，电子调速器（14）连接机载底层控制板（4）中的手动/自动切换芯片（42）的输出端。

3.根据权利要求1所述的一种四旋翼无人飞行器半实物仿真实验系统，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）和机载底层控制板（4）交互信息的目标机（53），以及与目标机（53）相连接的目标机显示器（54），所述的宿主计算机（51）和目标机（53）通过路由器（52）组成局域网。

4.根据权利要求1所述的一种四旋翼无人飞行器半实物仿真实验系统，其特征在于，所述的虚拟场景在线显示计算机（6）包括有用于显示四旋翼无人飞行器（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（52）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任一项所述的一种四旋翼无人飞行器半实物仿真实验系统的实验方法，其特征在于，依据仿真任务，利用Matlab实时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，所设计的模型中包含读取机载传感器数据子系统、生成四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所述的一种四旋翼无人飞行器半实物仿真实验系统的实验方法，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微型航向姿态参考系统的姿态信息与角速度信息，使用Matlab实时工具箱中的数据采集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所述的一种四旋翼无人飞行器半实物仿真实验系统的实验方法，其特征在于，所述的生成四旋翼无人飞行器虚拟位移子系统，包括建立四旋翼无人机的动力学模型，利用读取机载传感器数据子系统中获取的数据，借助四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所述的一种四旋翼无人飞行器半实物仿真实验系统的实验方法，其特征在于，所述的飞行控制算法子系统，包括飞行控制算法和飞行轨迹规划两个子模块，分别使用S函数模块编写，在飞行轨迹规划子模块中，仿真人员依控制任务自行设计飞行路线；在飞行控制算法子模块中则结合当前的飞行器状态，及飞行任务，通过设定的控制算法生成相应的控制指令，所述的飞行器状态包括真实的姿态信息与虚拟的位移信息。

9.根据权利要求5所述的一种四旋翼无人飞行器半实物仿真实验系统的实验方法，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出去，以及将真实的姿态信息与的虚拟位移信息通过网络发送至局域网其他计算机终端。