基于PC104+VxWorks的无人机仿真系统设计、实现

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为验证飞控软件的操作性能指标和可靠性,需经过全数字仿真和半物理仿真两个阶段。全数字仿真主要解决控制律算法的设计和调参问题,以最终满足飞控系统的设计要求。半物理仿真是在地面实验条件下,尽量真实地模拟飞行控制系统各个环节的工作情况,将真实的飞行控制器接入,验证控制律的软件设计的正确性和可靠性,验证控制软件各个模态转换的可靠性和故障处理的能力。 这样,就需要将无人机的模型系统从全数字的设计阶段转换到半物理仿真阶段,往往都要面对代码开发量大的问题,同时还要考虑可靠性、实时性。 对此,本文提出了在目前较流行的VxWorks实时多任务操作系统平台下利用Simulink的RTW功能去辅助无人机仿真系统的开发。这样一来,即可充分地利用上VxWorks操作系统多任务的灵活特性和强大的实时性能,同时也充分利用了RTW的转化功能去形成经过优化的、针对实时性应用的仿真模型模块。然后,将这个模块通过VxWorks灵活的交叉开发调试系统下载到VxWorks系统中去加载和运行。在此基础上,本文还深入研究了RTW生成模块的变量存储策略,并以此设计了对应的方案去良好地解决了RTW生成模块和开发者自编的外部模块在数据上互动的问题,并成功地运用到了课题项目中。最后,在建立好的仿真平台上接入飞行控制律验证了整个仿真系统。并对其中的误差问题给出了较为深入的分析。 本文针对VxWorks的配置、模型的RTW转换、模块数据互动的问题以及误差的改进作了较深入的研究和开发;分析了仿真平台的总体方案和无人机模型的数学方程描述;研究了在PC104平台上VxWorks及其BSP和驱动的配置开发,深入研究了其下串口驱动的开发。 在此基础上,利用Matlab/Simulink/RTW及其C—MEX格式的S—函数功能完成了Simulink模型的转换,同时设计了良好的方案解决了RTW生成模块和外部模块的数据交互问题。最终成功地完成了仿真平台的开发工作。 最后,在建立好的平台上结合了外部的飞控模块进行了整个仿真平台的运行验证。同时,讨论了误差的问题,并给出了有效的解决方法
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