[发明专利]一种模拟飞机的可视化系统的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及飞行器控制技术领域，尤其是涉及一种模拟飞机的可视化系统的设计方法。

背景技术

直升机的发展已有百余年的历史，其垂直起降、悬停、侧飞等优越的低空性能，以及毫不逊色的高空高速性能令其他飞行器望尘莫及。直升机适于在不同天气条件和复杂地面环境下执行各种任务，现已广泛用于作战、运输、巡逻、救护等多个领域。直升机技术已经成为航空高技术的重要组成部分，受到世界各国的普遍重视。直升机飞行性能的研究、飞行品质的评估是直升机研制过程中不可或缺的重要环节。飞行可视化作为一种经济有效的途径，利用计算机对直升机飞行过程进行大量的模型计算，从中发现问题和缺陷，寻找解决和改进的方法。在保证安全的前提下，可视化是测试新设备与技术的最佳手段。飞行可视化平台在军事和民用领域都有广泛的应用，极具研究价值。飞行可视化可安全的重现多种人机失效状态，有利于研究人员分析和解决相关难题。这是一项涉及多门交叉学科的高、精、尖技术，也是国防建设迫切需要的研究内容。但现有可视化一般只能提供数值形态的计算数据，不够直观，控制系统中非常见形态的缺陷很难发现，这有可能成为飞行器的隐患，甚至产生致命的后果。针对当前问题，进一步建立更加直观的视景可视化平台成为飞行器可视化的一种趋势。

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、可视化和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及可视化精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂可视化和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。

Simulink是MATLAB中的一种可视化可视化工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、可视化和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和可视化中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的可视化结果。

Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域可视化和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、可视化、执行和测试。.

构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、可视化的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。

当前，直升机的发展趋势朝着高度集成化、稳定性、可靠性、自主性以及长航时、高速度、大载荷等方向发展。直升机飞行可视化系统的研究是在以一套完善的飞行控制系统的基础上展开的，因此，要说明飞行可视化系统的需求，就必须先说明飞控系统的需求分析。

直升机飞行控制系统大致有以下的需求：

①直升机是稳定性差、耦合度高的飞行器，不易控制，具有多变量、非线性交耦和柔性结构的动力学特性，需要建立能够准确描述直升机特性的非线性动力学模型；②要求有精确的姿态控制、自主定点、起飞/着陆、轨迹自主控制（包括预定航线自主飞行、遥控飞行等任务）。直升机飞行受气象环境影响大，还要求有较强的抗风扰动能力和准确的飞行控制；③飞控系统需要满足控制文件所规定的与所有外部设备的接口要求，例如数字量接口的通讯格式、模拟量比例因子等；④要求有较强的监控能力及友好的人机控制界面。

通过对飞行控制系统技术需求较为深入的理解，并紧密结合项目实际需要，对飞行可视化系统的开发提出如下技术需求：