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基于FlightGear的三维可视化飞行控制仿真实验平台的设计杨姗姗;王彪【摘要】Based on a classic six-degree fixed wing aircraft,a flight control experimental platform based on FlightGear simulator is presented in this paper.Aircraft model and flight control GUI are written based onMatlab/Simulink,and flight simulation data are fed to the FlightGear simulator through its I/O port,then the real-time 3D visual flight simulation is implemented.At the meantime,the curves of the flight parameters are obtained in the flight GUI,the relevance between mathematical variables and their physical meanings can be enhanced and the understanding of the linking theory with practical can be improved.The simulator presented in this paper has high openness,and can be not only operated by teachers for demonstration but also can be used by students for designing flight systems with different difficulty rating.Therefore,the ability of the application of the aircraft control theory can be advanced.%以某种典型的六自由度固定翼飞机模型为基础,设计并建立了基于FlightGear的三维可视化飞行控制仿真实验平台.该平台基于Matlab/Simulink编写飞机模型仿真和飞行控制设计实验界面,并与FlightGear直接对接,实时显示三维立体飞行场景,展现飞行控制过程.平台界面实时显示飞行状态变量曲线,与飞行场景对应,增强数学变量与其物理含义之间的相关性,提升学生理论联系实际的直观理解.平台具有很强的开放性,可以由教师演示操作,也可以由学生主导交互,分步骤分难度让学生自主设计飞行控制系统,有效提高学生综合运用飞行控制理论的能力.【期刊名称】《实验室研究与探索》【年(卷),期】2017(036)007【总页数】5页(P113-117)【关键词】飞行控制系统;三维可视化;开放式实验平台【作者】杨姗姗;王彪【作者单位】南京航空航天大学自动化学院,南京210016;南京航空航天大学自动化学院,南京210016【正文语种】中文【中图分类】TP273;V249.1飞行器控制系统作为飞行器的神经中枢，其可靠性、稳定性及精确度是飞行器安全飞行和执行任务成功与否的重要保障[1]。
基于FlightGear的虚拟现实应用11.FlightGear简介FlightGear[1]飞行模拟器于1997年建立，是一个开放源代码、多平台、合作的飞行模拟发展项目。
该项目是由于对收费飞行模拟游戏不满而开发的飞行模拟游戏。
遵从GPL许可，因此可以免费获得并且可以自己修改源代码。
FlightGear 项目的目标是创建一个先进的可用于科研或者学术的环境并且可以开发和验证其他飞行仿真的方案，同时可以作为用户的最终应用程序端的飞行模拟器框架。
2.基于FlightGear的虚拟现实显示应用方案2.1. 基于Matlab/Simulink与FlightGear的联合仿真基于Matlab/Simulink与FlightGear的联合仿真是采用Matlab/Simulink构建飞行的动力学仿真模型，并采用FlightGear进行三维虚拟现实显示的仿真方法。
现有的基于Matlab/Simulink的仿真程序已经基本构建完成[2]，其采用的虚拟现实显示方案是利用VRML。
相对于FlightGear来说，采用VRML作为虚拟现实显示端的有点是资源占用少。
但其缺点也是显著的：一方面开发难度大。
采用Matlab 提供的VRML接口其场景比较少同时比较简单，若想更加真实的模拟实际情况就需要大量地建立模型。
VRML是一种标记性的语言，本身无法进行建模，必须在三维软件中建模然后转换为VRML格式，这之间就有兼容性的问题。
另一方面显示效果不如FlightGear真实和细腻，同时其源代码是开放的，可以通过网络驱动，接口方面Matlab有相应的模块，开发难度主要集中在飞艇模型的建立上。
FlightGear本身支持部分3D软件，使得这部分的工作量也不是很大。
目前采用Matlab/Simulink与FlightGear联合仿真的工作已经初步完成，建立的某飞行器的动力学仿真系统如图所示。
FlightGear的虚拟显示平台与Matlab 的仿真平台可以在同一台机器上运行，也可以在局域网不同的机器上分别运行。
- 45 -第06期2020年3月No.06March，2020基金项目：2018年度院级课题项目；项目名称：基于模糊神经网络的四旋翼无人机循迹控制；项目编号：NHKY-2018-17。
作者简介：张明家（1988— ），男，江苏扬中人，工程师，硕士；研究方向：模式识别，智能系统。
摘 要：文章以六自由度四旋翼无人机模型为基础，设计并建立了基于FlightGear 的仿真实验平台。
该平台基于Matlab/Simulink 实现无人机模型及控制系统的仿真设计，使用Stateflow 实现无人机起飞、轨迹跟踪飞行、返航、降落的模式切换，并与FlightGear 进行对接，实现完整飞行场景下四旋翼无人机的三维实时可视化显示。
关键词：四旋翼无人机；FlightGear ；模式切换；仿真实验基于Matlab/FlightGear的四旋翼无人机仿真实验平台设计张明家，冯 秀（南京科技职业学院，江苏 南京 210048）无线互联科技Wireless Internet Technology近年来，无人机应用行业处于快速发展阶段，国内职业院校纷纷开设无人机应用技术专业。
无人机组装与调试是无人机应用技术专业的一门重要专业基础课程。
无人机的调试通常在地面站软件中进行，包括安装固件、机架选型、遥控器校准、电调校准、电机测试、飞行模式设置、调节比例—积分—微分（Proportion Integral Differential ，PID ）参数等步骤[1]。
但在进行飞行模式设置与调节PID 参数时，无法直接查看调试效果，需要实际飞行后再进行反复调试，效率较低且存在一定的安全隐患。
针对此问题，本文采用仿真可视化技术，搭建无人机调试实验平台，实时显示无人机的姿态和位置信息，帮助学生加深对无人机飞行控制过程的理解和掌握。
1 实验平台的建立1.1 控制器设计本文采用的四旋翼无人机是“X ”字型，电机分为两组，1号和3号电机顺时针旋转，2号和4号电机逆时针旋转，通过不同的油门指令，使其具备俯仰、横滚、偏航、纵向运动状态[1]。
I T 技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald901 研究背景及问题描述该文的研究背景是某民用飞机飞行显示警告系统的建模仿真。
该系统决定“是否、何时、如何”将告警信号通知飞行员[1]；该系统有上千条告警逻辑，每条逻辑的输入变量符合触发条件时，该条告警信号会被触发；该系统又根据告警根源的不同划分为几十个子系统，每个子系统结构相同，仅内容不同。
该系统在仿真和建模时，存在两大不利因素：一是输入信号数量庞大，达到了上千条，如何在仿真时对这些输入变量进行方便地赋值成为一大难题；二是该系统子系统众多，不同子系统的模型缺乏统一的测试运行平台。
本文的目标是在Matlab软件Simulink工具环境下研究解决这些问题的有效方法。
[2]2 系统需求分析该文章认为，如果要对该系统进行有效的建模和测试，至少需要满足以下要求：建立的模型应具有完整的输入输出定义，包括输入的名称、类型、单位、默认值以及输出变量的取值范围。
根据告警根源划分为可单独运行的一个个子模型，每一个子模型可独立于其他子模型来运行。
模型调试软件能够对模型进行调试与验证。
模型调试软件能够对模型的输入变量进行读取，实时查看当前的输入变量的值。
模型调试软件能够对模型的输入变量进行修改，并验证模型运行结果。
3 系统设计与实现文中提出一套仿真建模解决方案，其中包含建立一个样例模型以及一个模型调试软件，下面章节陆续介绍。
[3-4]3.1 模型框架样例模型基于Sim ulin k搭建，模型架构根据“接口文件”进行划分。
每个“接口文件”对应一个飞机的子系统，该文件记录了该子系统可能触发的所有告警信号，以及这些告警信号相关信息。
每个子系统会可能会触发几十甚至上百条告警逻辑，每一条逻辑都有确定的输入变量定义，这些定义也都储存在接口文件中。
这些告警可以是同时触发的。
某个子系统告警逻辑模型的结构，是该系统接口文件定义的所有告警逻辑模型的并行集合，如图 1所示。
基于JSBSim的运输机重装空投飞行仿真系统马骏;孙秀霞;董文瀚【摘要】10.3969/j.issn.1000-386x.2012.10.018% 针对传统飞机动力学模型通用性差、代码执行效率低、缺少重装空投动力学模型和评价指标等问题，改进了传统的分离体建模方法，建立了更加贴近实际的重装空投全量动力学模型。
综合JSBSim、MATLAB、FlightGear三种软件的优点，研制一种运输机重装空投可视化飞行仿真系统。
新设计的系统具有通用性强、运行速度快、易操作性、数据精度高、便于二次开发等优点。
仿真对比分析了所提模型与现有空投模型之间的误差。
【期刊名称】《计算机应用与软件》【年(卷),期】2012(000)010【总页数】4页(P65-68)【关键词】运输机;重装空投;建模;JSBSim软件;MATLAB软件;FlightGear软件【作者】马骏;孙秀霞;董文瀚【作者单位】空军工程大学工程学院陕西西安710038;空军工程大学工程学院陕西西安710038;空军工程大学工程学院陕西西安710038【正文语种】中文【中图分类】TP391.90 引言空投过程中，大质量装备的瞬间离机将引起载机质心、重量、转动惯量等发生阶跃性变化，从而导致载机的姿态、速度、高度突变，甚至可能导致载机大迎角失速，严重威胁到载机的飞行安全［1］。
为了对运输机空投系统展开深入研究，完成运输机空投过程的飞行品质评估和设计有效的飞行控制系统等任务，须建立一个合适的运输机空投飞行仿真平台。
国外已完成了特定机型重装单投、连投试飞验证［2］及操稳特性分析［3］，正迈向飞行品质评价［4］及精确空投系统开发［5］。
而国内研究任重道远且凤毛麟角，目前主要集中在空投过程的建模［6－8］、控制律设计［9］及空投软件系统的开发研制［10，11］。
但以往的研究均集中于数值解算方法上，忽略了模型本身的问题。
文献［6，7］假设货物为沿机体纵轴作匀加速直线运动的质点，从理论力学和飞行力学的原理出发，在Simulink下，用矢量法建立了飞机的全量(纵向)运动方程，虽假设条件苛刻，但建模过程仍十分复杂。
基于Matlab／FlighGear的某小型固定翼无人机可视化飞行仿真系统设计【摘要】飞行仿真是小型固定翼无人机飞行控制系统研究中必不可少的一个环节。
本文在Matlab下建立了其仿真模型；同时借助FlightGear模拟器外部数据的输入/输出接口，将飞行仿真数据驱动FlightGear可视化引擎，实现飞行仿真中天气条件、飞行姿态和地理环境的三维可视化显示。
实现对无人机的总体结构和飞行情况直观形象的显示。
【关键词】Matlab/Simulink；FlightGear；飞行仿真；可视化随着航空和电子技术的发展，无人机也发生了日新月异的变化，其飞行功能日益增多，使飞行控制系统变得越来越复杂，出现故障隐患的可能性越来越大。
为了保证无人机可靠、有效地执行飞行任务，而MATLAB平台为此提供了良好的技术基础[1]。
在Matlab中，可以方便地建立无人机非线性数学模型，建立无人机的六自由度非线性模型。
它不仅在设计时可用来事先对系统的性能做出评价，以便修改或更新设计方案，调整系统某些设计参数，而且还可用来分析和研究已有系统的性能[2]。
FlightGear飞行模拟器是一个开放源代码、多平台的飞行模拟器发展项目。
经过多年的发展，FlightGear不但以其强大的真实仿真功能吸引了众多的飞行模拟爱好者，而且其开放式的程序构架和预留的外部数据输入/输出接口，赢得了专业用户的青睐。
由于FliahtGear的上述优势，选择将FlightGear经二次开发改造成无人机模拟器，以满足模拟无人机平台的需要。
1.仿真系统总体框架本文在详细推导了小型固定翼无人机的动力学模型基础上，采用模块化的设计思想完成了空投系统仿真平台的搭建。
具体模块划分如图1所示。
较为完整的可视化飞行仿真系统包括了航迹、姿态仿真和视景实时显示。
其中航迹、姿态仿真模块计算得到的相关结果传送到FlighGear驱动视景仿真模块，实现动态飞行数据的三维实时显示。
从而，FlightGear和上述动力学仿真系统组成了一个完整的可视化仿真系统。
