本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種無人駕駛飛機自動駕駛儀性能測試系統(tǒng)，采用飛行模擬軟件、六自由度轉(zhuǎn)臺、自動駕駛儀三個模塊的數(shù)據(jù)循環(huán)通訊；通過中央主控系統(tǒng)實現(xiàn)自動駕駛儀采集六自由度轉(zhuǎn)臺的輸出姿態(tài)數(shù)據(jù)，并經(jīng)分析計算得到對此時飛行的矯正控制指令，控制指令通過中央主控系統(tǒng)傳遞給飛行模擬軟件，對飛行姿態(tài)進行修正，飛行模擬軟件通過中央主控系統(tǒng)再次將經(jīng)過自動駕駛儀修正后的位置姿態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)主控程序傳遞給六自由度轉(zhuǎn)臺，六自由度轉(zhuǎn)臺產(chǎn)生修正后的飛行姿態(tài)，通過中央主控系統(tǒng)計算飛行模擬軟件的姿態(tài)數(shù)據(jù)與六自由度轉(zhuǎn)臺的姿態(tài)輸出數(shù)據(jù)，得到對自動駕駛儀性能評價的響應(yīng)時間、控制準(zhǔn)確性的技術(shù)參數(shù)。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種對無人駕駛飛機自動駕駛儀性能的測試裝置，能夠在地面上完成對自動駕駛儀控制性能的測試，有效避免了真機測試過程中墜機的風(fēng)險及損失。
技術(shù)介紹
目前，自動駕駛儀作為各種普通航模飛機甚至是無人飛機的核心測控器件，其控制效能與穩(wěn)定性極大地影響著無人飛行器的飛行效果與安全。考察當(dāng)前的各種無人機自動駕駛儀測試平臺均是面對產(chǎn)品質(zhì)量與運行狀態(tài)測試的，不具有在線的模擬與分析功能，無法直觀考察自動幾十億對這種機型與天氣情況的控制效能。自動駕駛儀作為典型的多輸出控制器件，在研發(fā)與使用過程中很難對其進行低成本、快速、高效的全系統(tǒng)測試。尤其是在研發(fā)過程中危險系數(shù)很高，摔機時有發(fā)生。而且在事故發(fā)生以后故障的診斷亦很難進行。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是，針對現(xiàn)有風(fēng)機的上述不足，提供一種能夠在地面上對無人駕駛飛機自動駕駛儀性能測試的系統(tǒng)，其可以測試各種無人機自動駕駛儀的控制可靠性，并能實時觀測到控制指令在飛行中的執(zhí)行情況。為了達到上述設(shè)計目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下一種無人駕駛飛機自動駕駛儀性能測試系統(tǒng)，是通過中央主控系統(tǒng)完成飛行模擬軟件、六自由度轉(zhuǎn)臺、自動駕駛儀三個模塊的數(shù)據(jù)循環(huán)通訊，使得飛行模擬軟件中的飛機運行姿態(tài)與六自由度轉(zhuǎn)臺的輸出姿態(tài)保持時間上的一致，達到對復(fù)雜的飛行情況在地面上實時模擬，同時自動駕駛儀采集六自由度轉(zhuǎn)臺的輸出姿態(tài)數(shù)據(jù)，并經(jīng)分析計算得到對此時飛行的矯正控制指令，控制指令通過中央主控系統(tǒng)傳遞給飛行模擬軟件，對飛行姿態(tài)進行修正，飛行模擬軟件通過中央主控系統(tǒng)再次將經(jīng)過自動駕駛儀修正后的位置姿態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)主控程序傳遞給六自由度轉(zhuǎn)臺，六自由度轉(zhuǎn)臺產(chǎn)生修正后的飛行姿態(tài)，此時通過中央主控系統(tǒng)計算飛行模擬軟件的姿態(tài)數(shù)據(jù)與六自由度轉(zhuǎn)臺的姿態(tài)輸出數(shù)據(jù)，得到對自動駕駛儀性能評價的相應(yīng)時間、控制準(zhǔn)確性的技術(shù)參數(shù)。本專利技術(shù)實施例所述的無人駕駛飛機自動駕駛儀性能測試系統(tǒng)，主要由中央主控系統(tǒng)、震動發(fā)生架、六自由度轉(zhuǎn)臺、飛行模擬軟件和自動駕駛儀組成，所述中央主控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)接口分別連接六自由度轉(zhuǎn)臺、飛行模擬軟件和自動駕駛儀，通過中央主控系統(tǒng)實現(xiàn)了六自由度轉(zhuǎn)臺、飛行模擬軟件和自動駕駛儀之間數(shù)據(jù)的閉環(huán)循環(huán)傳遞；所述中央主控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)接口還連接震動發(fā)生架。其數(shù)據(jù)傳遞流程為一、所述飛行模擬軟件支持輸出飛行器位置姿態(tài)數(shù)據(jù)的功能，將這些位姿數(shù)據(jù)經(jīng)過中央主控系統(tǒng)輸入給六自由度轉(zhuǎn)臺，利用六自由度轉(zhuǎn)臺實時產(chǎn)生與數(shù)據(jù)相一致的方位。二、此時六自由度轉(zhuǎn)臺正在模擬真實飛機的飛行，自動駕駛儀利用自身的傳感器、陀螺儀采集數(shù)據(jù)，并經(jīng)過分析計算，得到對此時飛行的矯正控制指令，以使飛機按照指定規(guī)劃飛行。三、自動駕駛儀經(jīng)分析計算產(chǎn)生的控制指令通過中央主控系統(tǒng)傳遞給飛行模擬軟件對飛行姿態(tài)進行修正；飛行模擬軟件飛行模擬軟件再次將經(jīng)過自動駕駛儀修正后的位置姿態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)中央主控系統(tǒng)傳遞給六自由度轉(zhuǎn)臺，此時六自由度轉(zhuǎn)臺產(chǎn)生修正后的飛行姿態(tài)。四、重復(fù)上述步驟，從而形成一個閉環(huán)循環(huán)傳遞過程。所述飛行模擬軟件中輸入的氣等參數(shù)可以經(jīng)過中央主控系統(tǒng)再次傳入給六自由度轉(zhuǎn)臺，六自由度轉(zhuǎn)臺的震動輸出姿態(tài)通過震動發(fā)生架實現(xiàn)，震動發(fā)生架的震動參數(shù)來源于中央主控系統(tǒng)接收得飛行模擬軟件的飛機姿態(tài)輸出數(shù)據(jù)。安裝底座上安裝固定測試系統(tǒng)中的各個設(shè)備模塊，放置在平面坐標(biāo)中心的為自動駕駛儀，自動駕駛儀周圍安放著為其提供姿態(tài)數(shù)據(jù)的三個陀螺儀，三個陀螺儀呈χ\γ\ζ三個不同方向安裝；整個系統(tǒng)的四個邊角處安裝四個震動發(fā)生架，用于產(chǎn)生震動；因為飛機飛行中，震動會對自動駕駛儀性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響，四個震動發(fā)生系統(tǒng)用于模擬真實飛行情況。三相異步電機安裝在電機支架上，同時三相異步電機轉(zhuǎn)軸處安裝偏心輪。電機支架用于連接震動發(fā)生裝置與整個系統(tǒng)安裝底座。采用旋轉(zhuǎn)偏心輪的方式產(chǎn)生振動。三相異步電機的轉(zhuǎn)速采用閉環(huán)控制方式，這樣可以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的實時反饋控制，進而間接實現(xiàn)對震動頻率的控制，實現(xiàn)了對飛機飛行情況的實時模擬。所述中央主控系統(tǒng)負責(zé)各個部分控制與數(shù)據(jù)采集、顯示、記錄、傳遞等，提供三種模擬測試方式。實現(xiàn)對震動控制、轉(zhuǎn)臺控制、飛行模擬軟件通訊、自動駕駛儀通訊、PWM波讀取、數(shù)據(jù)的多種顯示方式與記錄等功能。所述震動發(fā)生架可以產(chǎn)生4個不同頻率的10ΗΖ-100ΗΖ震動，且震動幅度方向均可調(diào)節(jié)，主要由震源、震動架、閉環(huán)控制系統(tǒng)組成。震源震動的產(chǎn)生主要依靠電機帶動偏心輪的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)，通過控制電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)對震動頻率的控制；通過改變偏心程度，實現(xiàn)對震動振幅的控制，針對不同的震動情況，通過軟件測試相應(yīng)數(shù)據(jù)及分析圖像。震動架用來實現(xiàn)對震源的固定，同時作為轉(zhuǎn)臺與自動駕駛儀的銜接裝置，將整套自動駕駛控制系統(tǒng)穩(wěn)定的固定在六自由度轉(zhuǎn)臺上，減少六自由度轉(zhuǎn)臺姿態(tài)與自動駕駛儀捕捉到方位的傳遞誤差。閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確控制，測定及反饋電機速度的調(diào)節(jié)模塊。所述震動發(fā)生架控制模塊使用ARM7作為核心對震動發(fā)生架的四個振動源分別進行閉環(huán)控制，通過RS-232與中央主控系統(tǒng)通訊。所述采集模塊使用ATmegaUS作為核心，用來采集iFly40等自動駕駛儀產(chǎn)生的三路控制數(shù)據(jù)，通過RS-232傳回中央主控系統(tǒng)。所述六自由度轉(zhuǎn)臺可以高精度的模擬三個軸的姿態(tài)，用于姿態(tài)的產(chǎn)生。所述飛機模擬軟件用以產(chǎn)生飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)，并將控制數(shù)據(jù)傳回其中，從而控制模擬飛行器，對飛行控制結(jié)果進行評估。所述遺傳算法模塊根據(jù)中央主控系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)完成對自動駕駛儀的控制行為擬合，算出傳遞矩陣，并將其應(yīng)用到自動駕駛儀控制行為軟件。所述該系統(tǒng)對自動駕駛儀的測試方案有三種1、自動駕駛儀導(dǎo)航飛控算法模擬測試方案；在獲得飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)后使用純軟件算法計算出控制指令，然后傳回飛行模擬軟件中對飛行進行控制。此方案適用于自動駕駛儀研發(fā)過程中，便于算法的驗證和比較，大大降低了研發(fā)的風(fēng)險，而且可以對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，如對飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)添加噪聲，然后驗證濾波算法的使用效果，可以大大提高研發(fā)的效率。2、自動駕駛儀脫機全系統(tǒng)模擬測試方案；在獲得飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)后將其發(fā)送到六自由度轉(zhuǎn)臺控制程序，六自由度轉(zhuǎn)臺運行完成指定姿態(tài)，這時其上的自動駕駛儀可以通過自身的傳感器獲得姿態(tài)數(shù)據(jù)，進行計算輸出控制指令。而由于自動駕駛儀是安裝在六自由度轉(zhuǎn)臺的震動發(fā)生架上，所以這時可以選擇是否啟動震動發(fā)生架來模擬直升機的強震動情況。因此此模式下獲得的控制數(shù)據(jù)是最具有真實性的，其包含了傳感器、震動、姿態(tài)解算等所有實際情況。再將獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)PWM波采集模塊或iFly40協(xié)議解析模塊傳回飛行模擬軟件中進行飛行控制，檢驗其控制情況。此模式不僅適用于研發(fā)過程，而其還可以用于產(chǎn)品的檢驗過程中，通過歷史數(shù)據(jù)與當(dāng)前數(shù)據(jù)的對比完全可以檢驗產(chǎn)品的運行狀況。3、自動駕駛儀控制行為軟件再現(xiàn)模擬測試方案；此方案創(chuàng)新性的通過記錄下自動駕駛儀在自動實況模擬情況下發(fā)出的控制指令，并對其進行遺傳算法擬合，然后使用生產(chǎn)的傳遞矩陣完成對目標(biāo)飛機的控制。此時產(chǎn)生的控制指令包括震動、傳感器漂移等因素對自動駕駛儀的影響，而又剔除了轉(zhuǎn)臺運動反應(yīng)時間等外在因素對測試的影響，因此次方案可以最大程度的減小外在因素對測試的影響并提高測試的精度與準(zhǔn)度。通過這三種方式達到在研發(fā)與使用過程中不適用真實飛機的情況下完成對自動駕駛儀在各種機型和條件下的快速、有效、高仿真測試。本專利技術(shù)所述的無人駕駛飛機自動駕駛儀性能測試系統(tǒng)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
１．一種無人駕駛飛機自動駕駛儀性能測試系統(tǒng)，采用飛行模擬軟件、六自由度轉(zhuǎn)臺、自動駕駛儀三個模塊的數(shù)據(jù)循環(huán)通訊；其特征在于：通過中央主控系統(tǒng)實現(xiàn)自動駕駛儀采集六自由度轉(zhuǎn)臺的輸出姿態(tài)數(shù)據(jù)，并經(jīng)待測自動駕駛儀分析計算得到對此時飛行狀態(tài)的矯正控制指令，控制指令通過中央主控系統(tǒng)傳遞給飛行模擬軟件，對飛行姿態(tài)進行修正，飛行模擬軟件通過中央主控系統(tǒng)再次將經(jīng)過自動駕駛儀修正后的位置姿態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)主控程序傳遞給六自由度轉(zhuǎn)臺，六自由度轉(zhuǎn)臺產(chǎn)生修正后的飛行姿態(tài)，通過中央主控系統(tǒng)計算飛行模擬軟件的姿態(tài)數(shù)據(jù)與六自由度轉(zhuǎn)臺的姿態(tài)輸出數(shù)據(jù)，得到自動駕駛儀性能評價的響應(yīng)時間、控制準(zhǔn)確性等技術(shù)參數(shù)，進而對自動駕駛儀性能做出檢測。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：金安迪，張以成，
申請(專利權(quán))人：金安迪，
類型：發(fā)明
國別省市：11
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