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1．概述

無人機(jī)飛控科研平臺是集教學(xué)與科研目的為一體的多功能實(shí)驗(yàn)臺，其在滿足日常學(xué)生教學(xué)實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，兼顧無人機(jī)飛行控制及力學(xué)等學(xué)科專業(yè)的科學(xué)研究。平臺主要由實(shí)時(shí)仿真器、三維飛行視景系統(tǒng)、地面站系統(tǒng)、遙控器和飛控板組成。

2．系統(tǒng)特點(diǎn)

基于Links-RT實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的無人機(jī)飛控科研平臺具有如下特點(diǎn)：

1.???????基于模型的設(shè)計(jì)思路；

2.???????支持多旋翼、固定翼等小型無人機(jī)飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證；

3.???????支持飛控快速控制原型

4.???????支持PIXHAWK和APM

a)???????提供專門的SIMULINK模塊庫，包括傳感器、舵機(jī)、GPS、控制模式、鏈路接口等；

b)???????支持模型預(yù)測控制、滑模變結(jié)構(gòu)等復(fù)雜控制算法的直接代碼生成；

c)???????支持控制器自定義參數(shù)的在線修改；

5.???????支持硬件在回路仿真試驗(yàn)

a)???????基于Simulink建立飛機(jī)動力學(xué)模型；

b)???????實(shí)時(shí)仿真機(jī)和飛控完成硬件閉環(huán)；

c)???????支持在線調(diào)參和曲線監(jiān)視。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

無人機(jī)飛行仿真實(shí)驗(yàn)平臺采用“上-下”位機(jī)架構(gòu)，上位機(jī)是1臺Windows主控計(jì)算機(jī)，是用戶進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)運(yùn)行管理的環(huán)境；下位機(jī)是1臺實(shí)時(shí)仿真器，運(yùn)行無人機(jī)動力學(xué)、傳感器及大氣環(huán)境模型實(shí)時(shí)代碼，并通過I/O通道與飛控板實(shí)現(xiàn)連接。具體工作流程如下：

1）試驗(yàn)人員通過遙控器發(fā)送無人機(jī)操控指令；

2）飛控板通過接收機(jī)接收操控信息，經(jīng)計(jì)算后輸出PWM電調(diào)和舵控指令；

3）實(shí)時(shí)仿真器通過計(jì)數(shù)器/時(shí)鐘卡接收PWM信號，并實(shí)時(shí)計(jì)算無人機(jī)動力學(xué)模型、GPS和加速度計(jì)模型、大氣環(huán)境模型等，并通過串口向飛控板反饋GPS和加速度計(jì)信號；

4）通過實(shí)時(shí)仿真器通過以太網(wǎng)向主控計(jì)算機(jī)發(fā)送無人機(jī)姿態(tài)（俯仰角、偏航角、滾轉(zhuǎn)角），以及經(jīng)、緯、高等飛行信息；

5）主控計(jì)算機(jī)部署四軸運(yùn)動控制卡，根據(jù)接收到的無人機(jī)姿態(tài)信息，控制三軸驅(qū)動器，進(jìn)而控制三軸轉(zhuǎn)臺實(shí)現(xiàn)與無人機(jī)動力學(xué)模型輸出姿態(tài)的同步運(yùn)動；

6）飛控板置于三軸轉(zhuǎn)臺上，集成于飛控板的MEMS陀螺將敏感三軸姿態(tài)信息，如此構(gòu)成閉環(huán)飛控回路；

7）主控計(jì)算機(jī)上面部署的飛行視景軟件將實(shí)時(shí)顯示無人機(jī)動態(tài)飛行畫面，同時(shí)地面站軟件通過無線鏈路與飛控實(shí)現(xiàn)通信。

系統(tǒng)的總體架構(gòu)如下圖所示：