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如何用 Xplane 设置半实物仿真模拟

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如何用

Xplane 設置半實物仿真模擬

用

APM 建立一個強大的

"硬件仿真

"模擬器是很容易的。飛行模擬器使用傳感器和

GPS 數據

"欺騙

" APM，讓它認為它

在飛行，然後

APM 就會照此控制飛機。

整個設置如圖所示

:

設置步驟

1. 下載

X-Plane 飛行模擬器，如果你不想購買。免費試用版可以讓你試玩

10分鐘。想要購買完整版只要

$79。我

們目前支援

9.x 和

10.x 的版本。

2. 用

Mission Planner 加載

APM 的

Xplane 模擬器版本

(下圖中紅色圈起來的地方

; 選擇一台你想要模擬的飛

機

)。

3. 如果你還沒有設置，按固件頁的

"APM 設置

"按鈕。這將打開一個對話框，按照對話框上「重置」、「遙控輸入」

和「模式」頁上的說明操作。現在就準備好模擬了！

連接

APM 和 X-Plane

任務管理器作為

APM 到

X-plane 的橋樑，會把

APM 的串口輸出數據發送到飛行模擬器。

注意

: 在模擬模式下，

CLI 模式

(和滑動開關

)都禁用了。請用任務管理器的配置頁進行設置。

X-Plane 設置

X-Plane 通過網卡與任務規劃器通信。因此你可以在兩台機器上分別運行

X-Plane 和

飛行規劃器。這對在慢機器上運

行

X-Plane 有所幫助。幀速率是非常重要的。

你可以選擇

X-Plane 裡的任何飛機，但是最符合我們目的的飛機是

PT-60 遙控飛機。

下面一些截圖顯示了你需要在

Setting菜單

Data Input and Output 裡需要設置的東西

:

你可能希望開啟屏幕顯示幀率(Frame Rate)選項。

在

Xplane 的

IP 頁

, 把

UDP 端口改成

49005，如圖所示。

(任務規劃器也有一個高級

IP 設置對話框，但默認值是

49000。

49005 是

Xplane 的輸入端口，

49000 是任務規劃器的輸出端口

)

如果你在運行

APM 任務規劃器的同一台機器上運行

X-plane，則輸入環回

IP 地址（

127.0.0.1），如上圖所示。如果

你在不同的機器上運行

X-plane，則輸入另一台機器的

IP 地址（例如

192.168.1.1）

.

飛行規劃器設置

現在可以運行模擬器了。打開任務規劃器，選擇分配給

APM 的串口，設置為

115200 波特率。單擊

Simulation 頁，

可以看到如下屏幕

:

如果你使用

X-Plane 10.x，你必須選擇「

XPlane 10」的核取方塊，如下圖所示：

如果你在運行

APM Mission Planner 的同一台機器上運行

X-plane，則默認的

IP 設置應該就可以了。如果你有疑問，

可以檢查

"高級

IP 設置

"。

IP地址應該是

127.0.0.1，端口應該是

49000，如圖所示。如果你在不同的機器上運行

X-plane，

則輸入另一台機器的地址（例如

192.168.1.2）。兩種情況下端口都應該是

49000。

在單擊

Sim Link Start/Stop 後，如果

APM 已經連上，

Xplane 正在運行，你可以看到任務規劃器的模擬器窗口充滿了

數據

:

如果你選擇

PT-60 的話，你可以加載一個

PT-60 的配置文件。你可以從這裡下載該文件，在任務規劃器的設置頁面

/

原始參數選單裡加載該配置文件。

打開發射器，檢查接收機的連接。

(記住如果你是使用

APM1 必須插上電調和電池，才能給接收機供電；在

APM2 則非

必要，無線的電源來自

USB)。當你移動操縱桿時，可以在任務規劃器的遙控窗口看到

APM 的輸出數據發生變化。

第一次測試飛行時，把三個遙控模式開關設為手動、穩定和返航。你可以通過任務規劃器的

MAVLink 設置

(記住在飛

行模擬模式下，

CLI 不管用

)。在任務規劃器連接後，按

control-G可以跳到設置對話框，然後就能找到模式設置。

飛行測試

現在用你的

RC發射器控制模擬器裡的飛機。首先，按「

C」鍵，這樣你就可以從側面看到你的飛機。試試

RC 發射器

上的每個搖桿，確保控制面在手動模式中方向正確。如果他們不對，在遙控發射器上逆轉它們，就像普通遙控飛機一樣。

你現在可以嘗試飛行。在

Xplane 裡重新加載飛機，按

"a" 切換到後視圖，按

"b" 鬆開剎車。飛機應該向前移動。你可

以用尾舵搖桿在地面上控制轉向。一旦速度足夠，給一點升降舵使其起飛。你就可以向遙控飛行模擬器一樣飛行了。

如果飛的還可以，嘗試把模式開關切換到穩定模式。飛機應該立即水平飛行。如果飛機開始側傾，你需要用

APM 板上

的

DIP 開關逆轉副翼舵機。類似的，如果開始俯衝，你需要逆轉升降舵機。

如果穩定模式飛得不錯，嘗試返航。飛機應當返回航線的起始位置，在上方

100m 處盤旋。

如果一切正常，嘗試輸入一些航點，飛自動任務。在任務規劃器裡讀取存儲的航點，讓它把返航點射為存儲的位置（即

模擬器裡飛機起飛的機場）。點擊增加一些航點，切換到自動模式，觀察輸出！

總的來說，正確加載和運行的順序如下：

1. 用任務規劃器加載模擬器版本的

APM 固件並執行設置。

2. 啟動

Xplane。

在初始化完成，飛機還在地上的時候，按

"a" 鍵切換到後視圖，按

"p" 鍵暫停。

3. 啟動任務規劃器，選擇正確的端口和波特率，連接

APM.。

4. 在任務規劃器的模擬器頁，按

ArduPilotSim 按鈕連接。你可以看到輸出框裡出現數據。把發射器模式開關切換

到手動模式，檢查輸出是否隨搖桿移動。

5. 確保油門搖桿放到最低。

6. 切換到

Xplane。可以起飛了。按

"p" 鍵繼續，按

"b" 鍵鬆開剎車，給油，起飛！

提示

:

 我在

Xplane 裡飛

PT-60 的效果不錯。我建議巡航速度為

15 米

/秒。

 PT-60 的一個問題是它在地面上跳的很厲害，所以如果你不注意的話，容易打到螺旋槳，然後就出引擎錯誤。這

很討厭。如果引擎停下來了，重新加載飛機。握住螺距搖桿，慢慢爬升，然後再給全油門。

 記住

APM 總是會自動設置它的「老家」位置，也就是

Xplane 裡的機場位置。它會覆蓋你在任務規劃器裡設

置的老家位置。如果你想在模擬器裡選擇不同的機場，必須在

Xplane 的

"Location" 菜單裡選擇。你只能選擇

提供的機場，而不是你想飛的任意位置。

 記住

CLI 模式已禁用，所以必須通過任務管理器執行所有設置！

 如果你想玩玩代碼，如這裡描述的用

Arduino 加載固件，而不是用任務規劃器裡預編譯的

hex文件，你也可以

這麼做。

你住需要按如下所述修改

APM_config.h 文件

:

#define HIL_MODE HIL_MODE_ATTITUDE

HIL_MODE_SENSORS 目前沒有

(2012年

1月

)運作。

HIL_MODE_ATTITUDE 會通知！

ArduPlane飛機的狀態，但非

加速度或

roll rates。

HIL_MODE_SENSORS 原本要將較低階的物理水平加至真正的感應器代碼，進而得到相同或近似

的狀態數字，從氣壓計等再加上更多的信息。

Software-in-the-loop (SITL)模擬已經有更進一步的功能，盡可能在最低階的地方模擬

!Arduino 暫存器及加入感應器資訊，

因此如果你想要去模擬最真實的輸入是個不錯的選擇。

錯誤消息和修正

1. 無法打開串口

: 沒有選擇串口或者串口被其他程序佔用。你是否開啟了一個終端連到

APM？提醒你開啟

Mission

Planner 時就會將序列埠加入它的序列埠選單，如果

USB的驅動載入失敗並且沒有設備插入

!Windows 端口，那麼這個

選單將缺少實際的端口或可能會預設到另一個端口。

2. 套接字

(IP)設置問題。你是否已經打開

? : 有另外一個程序佔用了

IP 端口，與

Xplanes 和

APM 規劃器之間的數據

通信發生衝突。

3. Xplane 數據問題

- 需要數據輸入

/輸出

3, 18, 19, 20 : 重新配置，確保所有的復選框都選上了。你需要重啟

X-Plane。

4. Bad Gains!!! : 至少一個模擬器感度值無效

5. 沒有模擬數據

: Ardupilot Mega Planner 沒有從

Xplane 收到任何數據。檢查

Xplane 設定。

6. 遙控無法控制，移動操縱桿也沒有任何反應

? 你的

PID 都設成

0 了？你有設定無線輸入端？預設的配置可能不適合

您的

RC遙控器，請檢驗最小、最大及微調參數，如果有必要請使用

RC遙控器的設定模式不論是從

Mission Planner 或

者從命令列設定。

7. 飛行控制偏移，需要將操縱桿壓到一邊才能飛行

? 檢查

APM 裡的遙控設置。你配置過遙控器？請見

(6)

調試

1. 螢幕狀態顯示僅在正確連接

APM 後才會更新。

2. 打開終端，觀察你看到的數據。如果數據可讀，轉到

2b, 否則轉到

2a

2a. 當你單擊

Connect 按鈕，你應該能看到文本框中印出

APM 頭。如果沒有，可能是序列埠號碼或者鮑率不正確。

2b. 打開

APM 規劃器中的終端，查看輸出，驗證設置。它應該以

APM 頭開始，然後持續輸出

AAA????。如果你沒

看到

AAA，檢查

APM_config.h 文件，開啟

HIL, 並且確保你沒有在設置模式裡面（滑動開關位置錯了

)。

合集下载

飞机制动半实物仿真系统

飞机制动半实物仿真系统

飞机制动半实物仿真系统

摘要：飞机制动系统在着陆过程中起着非常重要的作用，可以使飞机平稳停飞,飞机制动系统要求在复杂的道路条件下能够安全制动,影响制动器性能的因素很多，飞行器着陆时间短，所以制动系统必须稳定、快速、准确地工作，以保证飞机的安全。目前，液压系统因其功率密度高，在飞机制动器中得到了广泛的应用。基于Redhawk并行计算机的飞机防滑制动系统半实物仿真方法，将数字仿真模型中的制动控制单元和液压作动系统采用实物代替，设计实物与数字模型之间数据通信。结果表明该仿真方法的正确性和有效性，为飞机刹车控制系统的试验研究提供了有效的试验平台。

关键词：飞机制动；半实物仿真；系统

飞机防滑制动系统对飞机的起飞、安全着陆、适应机场和持续作战的能力等方面起着重要的作用，制动系统性能的好坏对飞机起降及机载人员的安全有重要的影响。制动系统的性能受到诸多因素的影响，例如跑道表面的状况，飞机速度的变化以及轮胎的充气压力。目前，大部分制动实验都是由包括车轮和惯性盘在内的实验设备完成的．但是问题在于，这些实验需要更高的成本并需要大量的准备工作，每次制动实验后，需要很长时间来冷却设备，而且一套实验设备只能针对一种路况进行实验。

1系统组成与原理

飞机防滑制动系统主要包括机轮、制动控制单元、液压伺服阀、刹车装置等。当飞机着陆后，由原来的飞行状态变为在地面的滑跑状态，刹车系统开始工作，机轮速度传感器提供与机轮速度成正比的近似正弦信号，并以此表征机轮速度并传给制动控制单元；制动控制单元结合给定踏板信号值以及接收到的机轮速度信号值，按照既定控制律输出防滑电流信号到液压伺服阀，控制液压伺服阀输出刹车压力，该压力经刹车装置作用于机轮动盘和静盘，进而产生刹车力矩来制动机轮，实现飞机的减速直到刹停。飞机防滑刹车制动主要依靠刹车时轮胎和地面间产生的结合力，在飞机重量一定的前提下，结合系数肛是影响结合力大小的主要因素，它反映了轮胎与跑道之间摩擦系数的总体水平，机体的速度与机轮与地面接触点线速度存在速度差，机轮处于既滚动又滑动的状态，此时机轮的动力学方程为：

半实物仿真技术发展综述

半实物仿真技术发展综述

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专业知识整理分享 半实物仿真技术发展综述

1、半实物仿真技术

1.1半实物仿真系统定义

半实物仿真，又称为硬件在回路中的仿真(Hardware in the Loop

Simulation)，是指在仿真实验系统的仿真回路中接入部分实物的实时仿真。实时性是进行半实物仿真的必要前提。

半实物仿真同其它类型的仿真方法相比具有经济地实现更高真实度的可能性。从系统的观点来看，半实物仿真允许在系统中接入部分实物，意味着可以把部分实物放在系统中进行考察，从而使部件能在满足系统整体性能指标的环境中得到检验，因此半实物仿真是提高系统设计的可靠性和研制质量的必要手段。

1.2 半实物仿真的先进性及其特点

半实物仿真技术自20世纪60年代问世直到目前美国研制航天飞机，始终盛行不衰。美国大多数国防项目承包商都有一个或多个半实物仿真实验室，这些实验室代表了当前世界先进水平。其先进性体现在：

(1) 有高速高精度的仿真机；

(2) 有先进完备的环境模拟设备。国内半实物仿真技术在导弹制导、火箭控制、卫星姿态控制等应用研究方面也达到了较高水平。

半实物仿真的特点是：

(3) 在回路中接入实物，必须实时运行，即仿真模型的时间标尺和自然时间标尺相同。

(4) 需要解决控制器与仿真计算机之间的接口问题。

(5) 半实物仿真的实验结果比数学仿真更接近实际 WORD格式可编辑

专业知识整理分享 1.3半实物仿真系统的基本组成与原理

半实物仿真系统属于实时仿真系统。它是一种硬件在环实时技术，把实物利用计算机接口嵌入到软件环境中去，并要求系统的软件和硬件都要实时运行，从而模拟整个系统的运行状态，如图2所示。实时系统由以下几部分组成。

模拟飞行实验教案

模拟飞行实验教案

模拟飞行实验教案

一、实验目的

本实验旨在帮助学生掌握模拟飞行的基本原理和相关技术，了解飞行仿真软件的使用方法并在实践中加强飞行知的应用，以提高学生对航空领域的兴趣和认识。

二、实验内容

1. 掌握模拟飞行基本原理及相关技术

模拟飞行是指对飞行过程进行模拟，使用计算机软件将飞行器运动学和动力学建模、仿真，并模拟真实的飞行场景和环境。学生首先需要了解飞行器的基本结构、控制方式和飞行原理，以及仿真软件的基本使用方法，如数据输入、场景设置、视角控制、飞行控制等。

2. 使用X-Plane 11飞行仿真软件进行实践

X-Plane 11是一款高度现代化的飞行仿真软件，具有高度精确的物理模拟、逼真的景观和高度可配置的飞行参数。本实验将使用该软件进行实践，在实践中学生将学习到飞行器操作、仪表读数、气象和飞行规则等相关知识，并在实践中加强对理论知识的应用。

三、实验步骤

1. 学生分组进行实验

为了更好地利用学生的时间和资源，建议将学生分组进行实验。每组23人，每组人员分配应考虑到学生的能力水平和兴趣爱好。

2. 学生学习模拟飞行基本理论知识及仿真软件的使用方法。

在进行实践之前，学生需要首先掌握模拟飞行的基本理论知识及仿真软件的使用方法。教师可以通过课堂讲授、视频教程、书籍阅读等方式进行知识点的讲解。

3. 学生在实验室进行实践

在实验室中，学生需要根据教师提供的实验任务进行实践操作。实验过程中，教师可以在旁进行指导和辅导，注重帮助学生解决操作中遇到的问题，并在实践过程中加强飞行知识的应用。

四、实验要求

1. 学生需要全程参与实验，并遵守实验室的规定和注意事项。

2. 学生需要按时完成实验任务，并完成相关的数据记录和分析。

3. 学生需要注意安全，以防止实验中出现意外情况。

五、实验结果

1. 学生可以通过实践操作，掌握模拟飞行的基本原理和相关技术，进一步了解飞行器的结构和控制方式。

2. 学生可以使用X-Plane 11飞行仿真软件进行实践，了解更多的飞行知识和规范。

电网监控系统半实物仿真测试技术分析

电网监控系统半实物仿真测试技术分析

电网监控系统半实物仿真测试技术分析

摘要：介绍了一种船舶电网监控系统的半实物仿真测试技术方案，能够实现电网监控系统硬件设备与被控对象数学仿真模型对接，开展半实物仿真测试试验，从而提高监控系统的设计、测试工作效率。该技术方案利用Matlab/Simulink的强大功能对船舶电网监控对象进行数学建模和实时仿真，采用OPC技术实现电网监控系统的硬件设备与被控对象的数学仿真模型互联互通，从而构建了半实物仿真测试系统。重点说明了半实物仿真测试的工作原理、技术方案及工作流程，并展望了其应用前景。

关键词：船舶电网；监控系统；半实物仿真；Matlab/Simulink；OPC

船舶电网监控系统能够实现船舶电网的综合监控、综合控制、综合报警及安全保护，是确保船舶电网可靠、安全运行的重要屏障［1］。随着现代船舶电网容量日益增大，电网监控系统涉及的监控对象数量更多、信息及控制流程愈加复杂，监控系统设计、调试工作量很大。电网监控系统在上船安装之前，通常需开展陆上联调试验，对控制系统的功能、性能进行测试和校核。目前的陆上联调试验一般采用实物设备对接的形式［2］，需电网监控设备以及电网被控对象设备全部生产制造完成并安装到位后才能开展。由于参试设备数量多、特别是电网设备厂家不同且生产进度不一，采用实物设备对接形式开展陆上联调试验的工作量较大、所需资源较多、进度管理难度较大；另一方面，随着船舶电网容量不断增大，电网监控系统设计也在不断应用新技术以满足日益严格的监控需求，对于新研发的电网监控系统，其潜在的系统匹配性方面的设计缺陷往往只能在陆上联调试验阶段才有机会暴露，由于此时的监控设备、电网设备均已完成生产制造，一旦发现设计缺陷，各设备修改、返工的代价较大。所以，传统的实物设备对接形式的陆上联调试验技术方案可能导致船舶电网监控系统研发和试验周期长、成本高，进而影响船舶建造工期和经济性，难以满足现代船舶大容量电网应用需求。为解决上述问题，本文介绍了一种船舶电网监控系统的半实物仿真测试技术，利用Matlab/Simulink的强大功能对船舶电网监控对象进行数学建模和实时仿真，采用OPC技术实现电网监控系统的硬件设备与被控对象的数学仿真模型互联互通，从而构建了半实物仿真测试系统。在电网监控系统的研发阶段，即可同步开展系统联调半实物仿真测试，从而大幅提高监控系统的设计、测试工作效率。本文对其工作原理、技术方案、工作流程及应用前景等进行重点阐述。