学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于FlightGear的无人直升机飞行仿真技术研究

作　者: 刘鹏
导　师: 祖家奎
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 无人直升机 FlightGear飞行模拟器 XML 仿真系统 非线性模型
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 242次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


当前,无人直升机技术日益成为研究热点,其中飞行仿真是飞行控制系统研制的一个重要的验证环节,在无人直升机飞行控制系统开发中有着重要的应用需求。本课题以小型样例无人直升机为研究背景,旨在开发实现一种简洁、有效的无人直升机飞行仿真系统,提高无人直升机飞行控制系统的效率。论文以FlightGear飞行模拟器开源软件为设计基础,研究了适于实时仿真的直升机建模方法,并采用XML文件技术配置直升机参数和HUD平显系统,实现了FlightGear与仿真设备、飞行控制计算机的UDP网络通信、串行通信,构建了满足实际工程需求的无人直升机飞行仿真系统。论文首先分析了无人直升机及飞行仿真技术的发展现状和研究内容,介绍了国内外利用FlightGear飞行模拟器进行仿真研究的发展历程。其次,通过借鉴FlightGear飞行模拟器的直升机非线性动力学模型,以多体动力学建模方法为指导,研究形成了无人直升机旋翼挥舞运动和旋翼气动力/力矩的简化计算方法以及旋翼下洗流场的诱导速度的简化计算方法。在模型实现过程中,采用精确计算挥舞角、简化计算桨叶微元气动力/力矩、正态分布近似描述旋翼下洗流场等特殊处理技术,迭代求和得到了旋翼的气动力/力矩,构建了无人直升机的一种简化模型。而后,采用XML技术规范了FlightGear下文件的解析流程,对仿真系统中的直升机参数和HUD平显系统等进行了配置,实现了FlightGear与飞行控制计算机、仿真设备的串行通信和UDP网络通信。最后,通过FlightGear程序的编译完成了系统的集成,完成了无人直升机飞行数据可视化回放、“等效飞控”数字仿真、半物理实时仿真等三种不同的FlightGear系统应用,并通过半物理实时仿真系统进行了样例无人直升机的多模态预设航线飞行仿真。根据本课题相关技术的研究结果以及飞行仿真试验结果,验证了所实现的无人直升机简化模型正确、有效,该飞行仿真系统可以用于验证无人直升机飞控软件、控制律的结构和逻辑合理性与控制策略的正确性,能够为无人直升机飞控系统研制提供飞行验证环境。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
图清单  9-12
表清单  12-13
注释表  13-14
第一章 绪论  14-24
  1.1 引言  14-15
  1.2 无人直升机飞行仿真技术  15-18
    1.2.1 系统仿真技术  15
    1.2.2 飞行仿真系统构成  15-17
    1.2.3 无人直升机飞行仿真的研究内容  17-18
  1.3 研究背景  18-23
    1.3.1 研究目的  18
    1.3.2 基于 FlightGear 的飞行仿真现状  18-21
    1.3.3 本实验室研究情况  21-23
  1.4 本文的研究工作概要  23-24
第二章 基于FlightGear 的飞行仿真系统设计方案  24-31
  2.1 引言  24
  2.2 飞行仿真系统需求分析  24-25
  2.3 飞行仿真系统方案  25-29
    2.3.1 可选配的视景接口  26-27
    2.3.2 等效飞控数字仿真  27-28
    2.3.3 半物理实时仿真  28-29
  2.4 飞行仿真系统验证方案  29-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章 无人直升机简化动力学建模方法  31-55
  3.1 引言  31
  3.2 主要坐标系  31-32
    3.2.1 地面坐标系  31-32
    3.2.2 机体坐标系  32
    3.2.3 桨轴坐标系  32
  3.3 直升机多体动力学建模  32-35
    3.3.1 直升机建模技术的研究现状  32-34
    3.3.2 多体动力学建模的流程  34
    3.3.3 多体动力学建模方案  34-35
  3.4 旋翼系统简化建模  35-51
    3.4.1 旋翼挥舞运动的简化计算  36-41
    3.4.2 旋翼下洗流场的简化计算  41-51
  3.5 其它部件建模  51-53
  3.6 实时仿真算法及计算流程  53-54
    3.6.1 四阶龙格-库塔法  53-54
    3.6.2 具体计算流程  54
  3.7 本章小结  54-55
第四章 基于XML 的系统配置技术  55-70
  4.1 引言  55
  4.2 基于XML 的配置文件  55-57
    4.2.1 XML 语言简介  55-56
    4.2.2 XML 标准配置文件  56-57
  4.3 XML 配置文件的解析  57-58
  4.4 XML 的改进  58-61
    4.4.1 存在的不足与完善需求  58-59
    4.4.2 miniXML 结构及解析流程  59-61
  4.5 系统配置  61-69
    4.5.1 平显配置  61-66
    4.5.2 直升机参数配置  66-69
  4.6 本章小结  69-70
第五章 基于FlightGear 的通信接口  70-79
  5.1 引言  70
  5.2 输入输出模块  70-71
  5.3 通信方式选择  71-72
  5.4 串行通信的实现  72-75
    5.4.1 通信协议的设计  72-74
    5.4.2 软件实现流程  74-75
  5.5 网络通信的实现  75-77
    5.5.1 UDP 软件实现流程  75-77
    5.5.2 FlightGear 网络设置  77
  5.6 本章小结  77-79
第六章 基于FlightGear 的飞行仿真系统集成与应用  79-95
  6.1 引言  79
  6.2 系统集成  79-82
    6.2.1 FlightGear 的编译  79-81
    6.2.2 集成仿真环境  81-82
  6.3 系统应用  82-86
    6.3.1 飞行数据可视化回放  82-84
    6.3.2 等效飞控数字仿真  84-85
    6.3.3 典型配置的半物理仿真  85-86
  6.4 飞行仿真试验  86-94
    6.4.1 系统准备  86-87
    6.4.2 仿真验证  87-94
  6.5 本章小结  94-95
第七章 总结与展望  95-97
  7.1 本文的主要工作  95
  7.2 后续工作展望  95-97
参考文献  97-100
致谢  100-101
在学期间发表的论文  101

相似论文

  1. 基因调控网络模型描述语言研究,Q78
  2. 支持XML数据查询的F&B索引结构的研究,TP311.13
  3. 仿真系统模型验证方法和工具研究,TP391.9
  4. 基于逼真度的仿真系统评估研究,TP391.9
  5. 复杂仿真系统VV&A工作流技术研究,TP391.9
  6. LXI自动测试系统集成技术研究,TP274
  7. 基于网络的服装款式设计系统的研究与实现,TS941.2
  8. 基于MDA的界面自动生成方法的研究,TP311.5
  9. C++代码缺陷检测系统的研究与设计,TP311.53
  10. 基于Web的科学计算遗留应用共享技术研究,TP393.09
  11. 基于XML的异构数据交换系统的设计与实现,TP311.52
  12. 电子公文传输管理系统在电大系统中的设计与实现,TP311.52
  13. 概率XML数据上关键字检索算法的研究与实现,TP391.3
  14. 行政审批电子监察系统数据交换的设计与实现,TP311.52
  15. 概率XML文档中Holistic Twig查询处理算法的研究与实现,TP311.13
  16. 保留语义约束的XML与关系数据库双向转换技术研究,TP311.13
  17. SOA架构在高校信息化系统中整合技术的应用,TP311.52
  18. 基于银行综合前置平台的金融服务支付系统的设计与实现,TP311.52
  19. 基于观察者模式的银行主动服务系统的设计与实现,TP311.52
  20. 大型煤化工甲醇精馏过程模拟与仿真,TQ223.121
  21. 双流机场平行跑道安全间隔仿真研究,V351.11

中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空仪表、航空设备、飞行控制与导航 > 飞行控制系统与导航 > 飞行控制
© 2012 www.xueweilunwen.com