小型无人机实时仿真系统设计研究

基于模型的无人机飞行控制系统设计研究随着科技的不断进步和发展，无人机在军事、民用等领域的应用越来越广泛，但同时带来的飞行安全问题也日益突出。

设计一个高效稳定、可靠安全的无人机飞行控制系统成为了迫切需要解决的问题。

一、无人机飞行控制系统的设计无人机飞行控制系统一般由飞行器、传感器、控制器、执行器等单元组成。

其中，传感器用于获取飞行器姿态、速度、位置等信息，传递给控制器；控制器依据传感器的信息，控制执行器调整飞行器的姿态、推进力等，实现对飞行器的控制。

无人机飞行控制系统设计需要考虑的因素比较复杂，需要从机体结构、算法、硬件等方面进行综合考虑。

其中，仿真模型对于无人机飞行控制系统设计至关重要。

二、基于模型的无人机飞行控制系统基于模型的无人机飞行控制系统是指通过建立仿真模型，对飞行器的运动模式进行模拟，实现对无人机飞行控制的研究与测试。

常用的模型包括飞行器动力学模型、飞行器控制模型、飞行器动力学与控制模型等。

基于模型的无人机飞行控制系统设计，需要从以下几个方面进行考虑：（一）建立仿真模型建立飞行器的仿真模型，模拟其运动过程和控制过程，对控制器的设计和功能进行验证和测试。

（二）优化控制算法基于仿真模型，调整控制算法参数，优化控制器的设计，提高其稳定性和可靠性。

（三）优化硬件系统在控制器的设计中，优化硬件系统，包括传感器、执行器等的选择和优化，保证其稳定性和可靠性。

（四）收集数据通过仿真模型对无人机飞行控制系统进行测试，收集数据，实现对控制器的调整和优化。

三、基于模型的无人机飞行控制系统设计研究的应用基于模型的无人机飞行控制系统设计研究不仅能够用于无人机飞行器的研制和测试中，还可以用于无人机的监测、控制和故障诊断等方面的应用。

在无人机监测方面，基于模型的无人机飞行控制系统可以用于地震勘察、石油勘探、灾害监测等场景中，监测飞行器在不同环境中的运动轨迹和状态，实现数据的获取和监测。

在无人机控制方面，基于模型的无人机飞行控制系统则可以对无人机进行精准控制和操作，例如指定飞行路径、逼近目标、实现目标跟踪等。

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｕｔｏｐｉｌｏｔ ＵＡＶ ｉｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆ ｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｖｉｃｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｕｓｅｄ ｔｗｏ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ ｆｏｒ ａｕｔｏｐｉｌｏｔ ｄｅｓｉｇｎ， ｍｅａｎｗｈｉｌｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ａｔｔｉｔｕｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ．Ｉｔ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｈａｓ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ． ｂｕｔ ａｌｓｏ ｈａｓ ｇｅｎｅｒａｌｉｔｙ ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ａｕｔｏｐｉｌｏｔ ａｎｄ ｍ ａｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ， ａ ｎ ｄ ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ ａｎａｌｙｓｉｓｅｄ ｔｈｅ ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｆｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌｅｓ．Ａｔ ｌａｓｔ ｆｌｉｇｈｔ ａｔｔｉｔｕｄｅ ｉｓ ｕｓｅｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ， ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｍ ｅｅｔｓ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＵＡＶ ａｕｔｏｐｉｌｏｔ； ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｆ ｌｉｇｈｔ； ｇｅｎｅｒａｌｉｔｙ； ｄｕａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ
成 ，它的数据处理速度和系统响应速度难以满足高 状态控制单元（４）大气数据传感器单元。微处理器
精度 、高效 率控 制性 能 的需求 控 制 的核 心 ，既要 对相 应 的数
器 的设计 ，虽然 数据 处理 速度 和响 应速 度有 所提 高 ， 字信号处理 ，又要作到响应速度快。鉴于这两点选

无人机动力系统智能优化仿真随着“互联网+”时代的到来，无人机已成为人类重要的工具之一，从原来的军事用途到目前的农业植保，邮政快递等领域，无人机的运用范围不断拓展。

而提高无人机的飞行效率，增强其性能，是不断探索的难题。

本文将介绍无人机动力系统智能优化仿真的研究现状和前景。

一、智能优化算法的应用无人机最重要的动力系统就是飞行控制系统。

针对飞控系统存在的一些问题，人们开始运用一些智能优化算法的思想来对其进行优化。

这些智能算法不仅可以优化系统的响应速度和性能，而且可以有效地解决某些控制问题。

例如，人工神经网络、模糊逻辑、遗传算法、粒子群算法等都可以应用到无人机的飞行控制中。

优化算法的实现主要包括两个方面的内容：设计出合理的控制算法和模型，以及正确地对其进行仿真验证。

二、智能仿真技术的研究因为要对无人机的飞行控制算法进行仿真验证，所以智能仿真技术的应用在研究中起着至关重要的作用。

智能仿真技术一般可以被分为两种：基于计算机的仿真技术和实物仿真技术。

前者可以灵活地对需要控制的对象进行建模和仿真，并可以模拟各种情况下的控制效果。

而实物仿真技术则需要建造出一个与实际对象相似的控制仿真环境，需要大量投入和维护成本。

因此，目前主要的研究倾向于基于计算机的仿真技术。

在无人机动力系统智能优化的研究中，科研人员主要利用了一些仿真软件，例如Matlab的Simulink仿真环境、虚拟仪表设计软件等。

这些软件不仅提供了非常便捷的建模和仿真环境，而且可以对仿真数据进行分析和可视化操作，这样更有利于对优化算法效果的评估和比较。

三、应用前景展望无人机动力系统智能优化仿真技术的应用前景很大，可以在很多领域中得到应用。

对于农业植保，通过优化飞行控制算法，可以使农药喷洒更为精确和节约成本。

对于邮政快递，优化后的飞行路径可以大大减少时间和距离，提高服务质量。

甚至在科学研究中也可以运用该技术，例如对大气等自然环境的监测，对地理信息的搜集与处理等。

代入公式计算可得院
W S
臆 32.96 kg/m2
通过起飞距离进行估算袁 根据螺旋桨飞机经验
公式以及升力方程[5]院
渊
W S
冤
TO
越渊
TOP冤 滓
CLTO窑渊
hp W
冤
渊 4冤
W TO =
1 2
2
籽vS CL 5冤
由公式渊 5冤 可知袁飞机起飞速度 vTO 取 1.1 倍失速 速度时袁 起飞升力系数 CLTO 为最大升力系数 CLmax 除 以 1.21袁这里取 1.074 4遥 空气密度比 滓 为取 1遥 起飞
照最大飞行速度 110 km/h = 59.39 kts尧 起飞重量 18
kg = 39.68 lb 的指标要求袁 分别作为自制飞机-复合
材料和通用航空渊 双发冤 计算袁并取其平均值袁得到院
hp W
= 0.087袁hpmax = 3.453hp
资料表明袁该指标与同级别的美国野 扫描鹰冶无人
机近似袁但本机双发动机带来的动力富裕程度稍高遥
1.2.2 翼载荷
本文的翼载荷估算从失速速度尧续航时间尧起飞
距离等三个方面进行综合估算遥
通过失速速度的翼载荷估算公式院
W S
=
1 2
2
籽vS CLmax
渊 2冤
其中袁W 为整机重量袁S 为机翼面积袁籽 为空气密
度袁vS 为失速速度袁CLmax 为最大升力系数遥 无人机设计不含襟翼袁 取 CLmax 典型值为 1.3袁设
推重比取 0.087遥 设计起飞距离 TOP 限制在 200 m遥
计算可得院
渊
W S
冤
TO
越
18.69
kg/m2

是实现三维实景仿真 ， 使它生成的视景具有很好 的逼真度 ， 实
时流畅的渲染速度 。
无人机 的操纵是 一个复 杂的过 程 ， 操纵 手有着 很高 的 对 要求 。在无人机模拟训 练 中， 操纵 手需要 在一种 接近 实际 的
被仿真 的环境 中感知周 围环境 ， 在很大 程度上 取决 于视景 这 系统提供 的实时视觉反馈来指 导操纵手及时 的控制飞机并 采 取相应 的战术动作 。所 以视景仿真 系统 在模 拟训练 中起到 了 重要 的作用 。本 文提 出 的视 景仿 真 系统 实施 方 案 ， 在 Ｐ 能 ｃ 机上实现实时仿真 ， 以用来进行无人机 的操作训 练。 可
训 练视 景 软 件 采用 Ｖ Ｃ和 Ｏ Ｅ Ｇ Ｐ Ｎ Ｌ进 行 开 发 ， 软件 运 行 在
ｗｎ ２平台 ， ｉ３ 视景驱 动采 用实 时驱 动软 件 Ｖ ｇ ｅａ和 Ｏ Ｅ Ｇ Ｐ Ｎ Ｌ支
持， 场景数据库开发工具选 用 Ｍｕ ｉｅ ｒａ ｒ Ｖ ｇ。 ｌＧ ｎＣｅｔ 和 ｅａ ｔ ｏ
３ １ 视景中飞机 的行为模型 ．
视景仿真计 算机 — 一视景仿 Ｐ， ，Ｆ６ｏ Ｔ ｏＭ ｐ ＿ 数据 ４ ＧＧ６ｏＧ， ｏ ｂｓ ’ ｌ ｌ 『 １ 库
设
±
图 １ 仿 真 系 统 结 构
１ １ 仿 真 系统 结构 ．
系统 ３个子仿真系统计 算机之 间通过 局域 网传 输数 据。 仿真系统的结构如图 １ 示。数学 模型 的仿真任务 是对某 型 所 号无人 机及机载平台建立 运动 学和动力 学数 学模 型 ， 仿真 在 时对用户输 入的控制指令 进行仿 真计算 ， 到虚 拟飞 机的现
林冬生 ， 幸 鲍传关 郑 ， （． １ 武汉军械士官学校 无人机 系， 湖北 武汉 ４ ０ ７ ； ２ 解放 军炮兵学院 ５系， ３０ ５ ． 安徽 合肥 ２０ ３ ） ３０ １

基于MATLAB的无人机飞行模拟系统开发研究随着科技的不断发展，无人机的使用越来越广泛。

无人机是一种通过遥控或自动化程序进行飞行的无人飞行器，因其具有灵活性好、便携、节省成本等特点，被广泛应用于军事、海关监管、应急救援、测绘勘探和环境监测等领域。

无人机的应用越来越广，对其飞行行为有更深入的了解也越来越重要，因此建立一个基于MATLAB的无人机飞行模拟系统逐渐成为一个必要的研究方向。

一、无人机飞行模拟系统的研究概述传统的无人机试飞需要进行多次实地操作，不仅花费高昂，而且风险也很大，所以建立一个模拟无人机飞行系统逐渐被学者们关注。

该系统通过数字仿真的方式，模拟无人机在不同环境、不同操作条件下的飞行行为，帮助人们更为准确地了解和预测无人机运行情况。

基于MATLAB的无人机飞行模拟系统是一种能够模拟飞机在不同环境下飞行状态的系统，使用者可以通过该系统进行无人机飞行数据的计算、分析和优化，以及模拟无人机的各种操作过程，从而更好地了解无人机的运行情况。

它适用于各种类型的无人机，不同飞行高度、不同环境、不同气象条件下的飞行研究。

二、无人机飞行模拟系统的应用无人机飞行模拟系统有着广泛的应用。

在军事领域，无人机飞行模拟系统的使用可以帮助军事人员更好地了解无人机的运行状况，协助军方进行作战规划和作战行动的模拟，为军事行动提供技术支持。

在民用领域，无人机飞行模拟系统可以在环境监测、城市规划、应急救援等领域发挥作用，为解决实际问题提供技术手段。

同时，在无人机制造领域中，无人机飞行模拟系统也可以帮助制造商进行飞机设计和优化仿真。

三、基于MATLAB的无人机飞行模拟系统的设计基于MATLAB的无人机飞行模拟系统由三个模块组成：飞行模型、环境模型、控制模型。

1. 飞行模型飞行模型包含了飞机的参数和方程，以飞机动力学原理为基础建立飞行状态下的数学模型。

其中，参数包括了飞机的尺寸、质量、弹性、颤振、操纵效率等，方程包括了飞机运动学方程、动力学方程和姿态控制方程等。

无人机结构设计与动态仿真摘要本文介绍了无人机结构设计与动态仿真的相关概念和方法。

首先，我们简要介绍了无人机的分类和应用领域。

然后，我们讨论了无人机在结构设计中的重要性，并提出了一些常用的结构设计原则。

接着，我们介绍了动态仿真的概念和应用，包括动力学建模和运动控制。

最后，我们提出了一些未来可能的研究方向。

1. 引言无人机作为一种无需人类操控的飞行器，已经被广泛应用于军事、民用和商业领域。

它们可以执行各种任务，如侦察、监视、货物运输和科学研究。

在无人机的设计和制造过程中，结构设计和动态仿真是至关重要的环节。

2. 无人机结构设计成功的无人机结构设计应考虑以下几个方面：* 强度和刚度：无人机在飞行过程中会承受各种力和重力负荷，因此结构必须具有足够的强度和刚度来保证其安全性和稳定性。

* 质量和重量：无人机的总重量是限制其性能和续航时间的重要因素，因此结构设计应尽可能轻量化，同时保持足够的强度。

* 组装和维护：无人机的结构设计应考虑到其组装和维护的便捷性，以便更好地满足不同任务的需求。

* 环境适应性：无人机可能在不同的环境条件下使用，因此结构设计应具有一定的环境适应性，以确保其性能和可靠性。

3. 无人机动态仿真无人机的动态仿真主要包括动力学建模和运动控制两个方面。

* 动力学建模：通过建立数学模型来描述无人机在不同状态下的运动特性，包括飞行姿态、加速度和力的分布等。

这些模型可以帮助工程师更好地理解无人机的行为并优化其设计。

* 运动控制：通过设计控制算法来实现无人机的自动驾驶和稳定性控制。

这些控制算法基于动力学模型，并根据无人机当前状态和目标任务进行决策和调整。

4. 未来研究方向无人机结构设计和动态仿真是一个不断发展的领域，仍然存在许多有待解决的问题。

以下是一些可能的研究方向：* 材料和制造技术的创新：新材料和制造技术的应用可以改善无人机的强度、重量和环境适应性。

* 自适应控制算法：研究如何开发自适应控制算法，以应对无人机在复杂和不确定环境中的挑战。

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： 赤
２ Ｌ ｖ
２ ｗ Ｌ
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其 中， 表示尺度 ， Ｌ Ｖ表 示 飞 行 器 的 速度 ，表 示 强 度 ， 体 内 具 容 参见 《 行 控制 》书 中 ９ － ０ 飞 ９ １ ８页 以及 赵 震 炎 教 授 提 出 的 Ｄｙ ｅ ｒｄ ｎ模 型数 字 仿 真 算 法 。 ３２ 传 感 器模 块设 计 ｌ 传感 器模块处于动力学模 型与飞行控制计算机 中间环节 ，
真验证平台如图 １ 示 。 所
仿真 汁算机 控计算机
器 捅板 调理 板 训 理板
图 ２ 仿 真 计 算 机 硬 件 组 成 结构 示意 图
２ 模块 任 务 划 分
２１仿 真 需 求 分 析 ．
当 前 ， 着研 究 的深 人 ， 无 人 直 升 机 功 能 提 出 越 来 越 高 的 随 对
／【 ★ 真空速／ 指示空速】 ★ ／
／ 北向速度／ 向速度ｒ 东 ／ ／［ 升降速度／ 地速ｒ ／
Ｖ ， Ｖ； ｔ ｉ
Ｖ， Ｖ； ｎ ｅ Ｈｄ ｔ Ｖ ； ｏ， ｄ
７ 便 于 系 统 功 能 的扩 展 和 程 序 的 维护 升 级 。 ）
２２ 任务 划 分 ｌ来自实 时仿 真 软件 在 仿 真过 程 中起 到 至关 重 要 的作 用 ， 任 务 划 其 分 是 否 合 理将 直接 影 响 仿 真 软 件 设 计 的 质 量 。 当 任 务 划 分 合 理 时 ， 真 软 件 设 计 将 比较 简 洁 、 效 、 于拓 展 ； 则 将 可 能 比较 仿 高 易 否 复杂 、 混乱 、 至 失败 。 据仿 真 需求 对 各个 部 分采 取 模 块化 划 分 甚 根 思 想 ， 时仿 真 软 件 划分 为 底 层 驱动 模 块 、 感 器模 块 、 行 机 构 实 传 执

小型无人机SINS／GPS／视觉组合导航研究随着航空技术的不断发展，无人机对导航系统精度和可靠性的要求越来越高。

由捷联惯导系统（SINS）和全球定位系统（GPS）构成的组合导航系统是无人机最为常用的导航系统。

然而，由于GPS存在信号易丢失、易受干扰的缺点，使得SINS/GPS系统在应用上具有一定程度的局限性。

为了扩大其适用范围，充分发挥SINS/GPS导航系统的优势，本文采用了计算机视觉导航技术，对SINS/GPS/视觉组合导航系统进行了研究和分析，并进行了仿真实验。

标签：无人机；捷联惯性导航系统；计算机视觉；组合导航；卡尔曼滤波0 引言随着无人机技术的发展，导航系统的种类也越来越多，通常有惯性导航系统、卫星导航系统、多普勒导航系统和地形辅助导航系统等[1]。

然而，单一的导航装置已难以满足当前实际应用中的飞行要求，多种形式的组合导航方案随之产生，组合方案的采用使各导航系统之间取长补短，利用组合系统提供的冗余信息可以有效提高系统的导航精度和可靠性[2]。

本文针对GPS/SINS组合导航系统中GPS信号易受干扰、易丢失等缺点，提出了SINS/GPS/视觉组合导航方案，提高了系统的可靠性和导航精度，具有一定的工程实际意义。

1 SINS/GPS/视觉组合导航系统方案捷联惯导系统SINS为主导航系统，全球定位系统GPS和计算机视觉系统则作为导航辅助子系统。

SINS采用姿态解算算法将MEMS传感器输出数据解算为需要的导航参数，GPS接收机获取的信号经由计算机转换为用户所需的机体位置和速度参数，而视觉系统则根据连续时刻的图像信息估计机体的姿态参数[2]。

利用SINS系统误差模型、GPS量测误差模型及视觉量测误差模型构成扩展卡尔曼滤波器，两个子滤波器给出局部最优估计，再依据信息融合技术将局部估计有机合成，从而得到捷联惯导系统状态的全局最优估计。

SINS/GPS/视觉组合导航结构如图1所示。

2 SINS/GPS/视觉组合导航系统状态方程的建立本系统采用的组合方式为SINS分别与GPS和视觉系统构成子组合，且都采用输出校正，因而可采用同一组状态方程。

基于X-Plane的小型无人机导航仿真系统的分布式设计与实
现
王建锋;李荣冰;刘建业;于永军
【期刊名称】《系统仿真技术》
【年(卷),期】2010(006)002
【摘要】在对已有导航仿真系统研究分析的基础上,针对现有导航仿真系统的缺陷,设计了1种基于X-Plane飞行模拟软件的分布式组合导航仿真系统.该系统基于局域网设计,利用X-Plane来实时动画模拟飞机动力学、运动学特性,通过用户数据报协议(UDP)通信协议进行各分系统之间的数据传输;针对常规PID(比例、积分、微分)控制在无人机控制方面响应时间慢,动态性能差等不足,设计了智能PID控制.全数字仿真结果表明本系统控制稳定,适应性强,且系统具有实时性、通用性、可重复性等特性,可以满足各种组合导航系统的仿真需要.
【总页数】6页(P134-139)
【作者】王建锋;李荣冰;刘建业;于永军
【作者单位】南京航空航天大学,导航研究中心,江苏,南京,210016;南京航空航天大学,导航研究中心,江苏,南京,210016;南京航空航天大学,导航研究中心,江苏,南京,210016;南京航空航天大学,导航研究中心,江苏,南京,210016
【正文语种】中文
【中图分类】V249.4
【相关文献】
1.小型无人机实时仿真系统设计与实现 [J], 胡军;邓支益
2.基于GIS和GPS的某小型无人机监控及导航系统设计与实现 [J], 周国栋;胡延霖;于克振
3.无人机景象匹配辅助导航仿真系统设计与实现 [J], 李耀军;潘泉;沈贺;张绍武;凌志刚
4.某小型无人机导航系统的设计与实现 [J], 童友斌;胡延霖;许智辉
5.小型无人机多传感器组合导航系统设计与实现 [J], 周红坤
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微小型无人机飞行控制系统的设计与实现摘要：为了分析无人机工作的实际特点，我们针对现阶段的微小型无人机飞行控制系统进行了细致化的研究，针对性的设计出了一套微笑无人机的自动飞行控制管理系统。

这项技术的研究，将无人机与各个自动控制系统之间的功能实现了串联，实现了数字化系统管理模式的优化。

本文通过建立起微小型无人机飞行控制系统的数字化模型，设计了无人机姿态保持以及轨迹控制管理基础规律，通过仿真实践结果分析观察可知，设计的控制效果达到了较为稳定的无人机操作运行功能要求，满足了整个系统工作的设计构思，是现阶段推动微小型无人机飞行控制系统构建的主要措施手段。

关键词：微小无人机；飞控软件；设计无人机近年来在我国的发展速度较快，可以有效地执行多种任务，在军用和民用领域都发挥这种积极地作用。

尤其小型无人机可以实现战术侦察、目标指示、精准投放、战果评估、探测分析、环境监控、人员搜救、通信中继等工作任务。

与有人驾驶的飞机之间进行比较，这种设备的工作除却储存量小、重量轻、速度快的优势之外，本身的机动性效果较好，能够满足各种工作需求，也能完成各项飞控工作的信号传输，满足系统设计的各种需求。

一、微小型无人机飞行控制系统的建模通过对系统进行综合分析，人们通过对微小型无人机飞行控制系统的模型构建，将具体问题系统化，通过数学模型进行分析，再利用计算机仿真实践的措施手段对相关的设计方案进行印证。

1、无人机坐标系的构建要对无人机实现建模，坐标系构建必不可少。

坐标系的构建是一切系统的参考依据，无人机之中的参数信息也是在坐标系之中构建的。

由于作用在无人机上的重力、空气动力以及外部动力等原因各有不同，因此在进行无人机坐标系构架的过程中需要不同的坐标系对整个无人机空间运作的状态进行确定和描述。

选择适当的坐标系完成数据参数的表示行为边界。

例如选择地面坐标系可以实现重力分析比较分析，集体坐标系可以实现发动机推力的比较分析，而空气动力则是在流动气流坐标系之中可以实现便捷的分析。

微型无人机系统的设计与控制优化第一章：引言无人机技术的发展已经进入了一个飞速发展的时期，无人机已经广泛应用于军事、民用以及商业领域。

微型无人机作为无人机家族中的一员，具有体积小、飞行灵活等特点，在特定领域有着广泛的应用前景。

本章将介绍微型无人机系统的设计与控制优化的背景和意义，并提出本文的研究目标和内容。

第二章：微型无人机系统设计2.1 微型无人机概述此处描述微型无人机的定义、特点、分类和应用领域。

2.2 微型无人机系统组成此处介绍微型无人机系统的基本组成部分，包括飞行器、传感器、通信系统、控制系统等，详细阐述各个组件的功能和作用。

2.3 微型无人机系统设计流程此处介绍微型无人机系统设计的一般流程，包括需求分析、系统设计、组件选择与设计、系统集成等步骤，强调各个步骤的重要性和相互关系。

第三章：微型无人机控制原理3.1 飞行动力学模型此处介绍微型无人机的飞行动力学原理，包括姿态控制、飞行稳定性、飞行操纵等方面的基本理论。

3.2 控制系统设计此处介绍微型无人机的控制系统设计原理，包括传感器数据获取，控制算法设计，动态建模等方面的内容。

3.3 控制器优化方法此处介绍微型无人机控制器的优化方法，包括PID控制器，模糊控制器，自适应控制器等，详细介绍各种方法的优缺点和适用范围。

第四章：微型无人机系统实例4.1 微型无人机的拍摄应用此处以微型无人机在拍摄领域的应用为例，介绍如何设计和优化无人机系统，实现高质量的拍摄效果。

4.2 微型无人机的农业应用此处以微型无人机在农业领域的应用为例，介绍如何设计和优化无人机系统，实现农田的巡查、施肥等农业作业。

第五章：微型无人机系统的挑战与展望5.1 技术挑战此处介绍微型无人机系统面临的技术挑战，如飞行稳定性、机组件小型化等方面的问题，并提出解决方法。

5.2 应用展望此处展望微型无人机系统在未来的应用领域，如环境监测、物流配送、紧急救援等，指出其潜在的市场前景和发展空间。

ｓ ｏ ｄ ｎ ｏ ｕ ｏ ｓａ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ． ｐ ｎ ｉ ｇ ｓ ｌ ｔ ｎ ｒ ｒ ｐ ｓ ｄ ｉ
Ｋ ｅ ｒ ｓ：ＵＡＶ ；ｆｉ ｈ ｏ ｔｏ ｙｓｅ ；ｔａ ｋ ｆｉ ｈ ｏ ｔｏ ；ｔａ ｋ ｍ ａ ａ ｅ ｅ ｔｃａ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ｌｇ ｔｃ ｎ ｌｓ ｔ ｍ ｒ ｒｃ ｇ ｔｃ ｎ ｌ ｒ ｃ ｎ ｇ ｍ ｎ ｌ ｓ ｌ ｒ
文章编号 ： ０ ５—１４ （０ １０ ０ ０ ４ ２９ ２ ８ ２ １ ）４— ０ ５—０
无 人 机 自动 控 制 仿 真 系统 研 究 与 实 现
王智超 ，王林 林 ，刘 春
（ 沈阳航空航 天大学 航空宇航工程学院 ， 辽宁 沈阳 １０３ １ １６）
摘
要 ：航迹控制 回路是无人机 自动控制 飞行 中的重要环节 ， 涉及无人 机的姿态 、 向和飞行状 它 航
点飞行 中可能 出现 的问题 ， 出了相应 的解决方 案。 提 关 键 词 ：无人机 ； 飞行控制 系统 ； 航迹飞行控制 ； 航迹管理类
文献标 志码 ： Ａ 中图分类号 ：Ｖ ４ ．２ ２９ １２
ｄ ｉ１．９ ９ｊｉ ｎ２ ９ ｏ：０ ３ ６／．ｓ ．０ ５—１４ ．０ １０ ．０ ｓ ２ ８ ２ １ ．４ ０ ２
ｈｏ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ ｌ ｄ ｎ ｓ ｉ ｎ ｄ ｒ ｔ ｕｔ ｖ ｒｎ ｎ ａ ｉ ｇ ｍｉｓｏ ｓｕｎ ｅ ｈｅ ａ ｏｍａ ｃ ｃ ｎ ｏ ．Ａ ｅ ｅ ｉ ｔｃ — ｓ ｄ ｍａ ａ ｅ ｎｔｃ ａ ｓ ｏ ｅ ｎ ｉ ｔ ｏ ｔ １ ｒ ｇ ｎ ｒｃ ｓａ ｋ ｂａ ｅ ｎ ｇ ｍｅ ｌ ｓ ｆ ｔ ｈ
第２ 卷 ｇ４ ８ 期
２０１１年 ８月
沈 阳 航 空 航 天 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎａ ｆＳ ｎ ａ ｇ Ａｅ ｏ ｐａ ｅ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｒ ｌ ｏ ｈｅ ｙ ｎ ｒ ｓ ｃ ｉ ｅ ｓｔ ｙ

基于虚拟现实技术的无人机模拟训练系统设计随着无人机技术的飞速发展，无人机的应用范围越来越广泛。

然而，无人机的操作和训练受到很大的限制，实地训练成本高昂，训练时间不灵活。

基于虚拟现实技术的无人机模拟训练系统应运而生，为无人机操作员提供了全新的训练方式。

本文将介绍基于虚拟现实技术的无人机模拟训练系统的设计。

首先，无人机模拟训练系统的设计需要具备高度逼真的虚拟环境。

通过使用三维建模技术，可以将真实世界中的各种环境元素进行精细地模拟，包括地形、建筑物、天气等。

通过运用高质量的图形渲染技术，使得模拟环境能够真实地反映无人机在不同场景下的飞行状况。

此外，虚拟环境还可以根据操作员的需求进行定制，以满足不同的训练目标。

其次，无人机模拟训练系统的设计需要提供真实的无人机操作体验。

通过配备专门设计的操纵设备，操作员可以模拟真实的控制操作，如操纵杆、按钮等。

操纵设备应具备高度灵敏的响应能力，可以准确地捕捉到操作员的动作，并将其实时反馈到模拟环境中。

在虚拟环境中，操作员可以通过操纵设备来控制无人机的起飞、降落、悬停、航线规划等各种操作，从而提升其操作技能。

此外，无人机模拟训练系统的设计应该提供多种训练场景和任务模式。

在虚拟环境中，可以根据实际需求进行不同的训练设置。

例如，可以设计不同的天气条件，如晴天、阴天、雨天等，以模拟不同环境下的飞行挑战。

同时，系统还可以提供多种任务模式，如巡航、搜索救援、物资运输等，以满足不同操作员的训练需求。

通过这种灵活的设计，可以有效提升操作员在各种场景下的应对能力和决策能力。

另外，无人机模拟训练系统的设计应该提供实时的反馈和评估机制。

在训练过程中，系统应该能够实时监测和记录操作员的操作行为，并提供相应的反馈信息。

例如，系统可以根据操作员的操纵技术、操作准确度、任务完成时间等指标进行评估，并及时提供相应的建议和改进意见。

通过这种反馈和评估机制，可以帮助操作员快速发现和纠正操纵问题，提高操作技能和安全性。

控制律计算式中 [-.N-N项的作用是补偿飞 机倾斜转弯时升力在垂直方向分量的减小所造 成的高度损失#
上述控制律可以采用飞机纵向小扰动运动 方程!详细内容请 参 阅 相 应 的 参 考 资 料"进 行 初 步 的 计 算 验 证 %计 算 结 果 如 图!和 图S所 示 !初 始
高度增量为 U#%C%即低 于预定 高度 #%C"#图 ! 表示的是在扰 动 结 束 后 飞 机 高 度 增 量 "W 和 速 度增量 "+ 的变化规律(图 S 表 示 的 是 在 扰 动 结 束后飞机的迎角增量 "%$俯仰角增量 "7 和航迹 倾角增量 "/的变化过程#
初始高度增量为表示的是在扰动结束后飞机的迎角增量和航迹倾角增量高度增量和速度增量迎角增量俯仰角增量和航迹倾角增量由上述计算结果可以看出该无人机的纵向控制律可以实现无人机的纵向高度速度和姿态稳定横航向控制律设计横航向的飞行控制采用副翼和方向舵联合控制的方式由副翼和方向舵联合进行横航向控制时副翼控制律设计基本思路为侧向距离偏差航向角偏差和滚转角为主反馈信号滚转角速度作为阻尼信号副翼偏角为控制输出以达到保持预定航向和姿态的目的控制律的计算公式为分别为飞机的实际航向角和指令航向角为飞机的实际滚转角由副翼和方向舵联合进行横航向控制时方向舵控制律设计基本思路为侧向距离偏差和航向角偏差为反馈信号方向舵偏角为控制输出用以协调控制航向控制律的计算公式为分别为飞机的实际航向角和指令航向角为飞机侧向距离偏差航向角偏差到副翼的传动比上述控制律可以采用飞机横航向小扰动运动方程进行初步的计算验证计算结果如图表示的是在扰动结束后飞机高度增量表示的是在扰动结束后飞机迎角增量表示的是在扰动结束后飞机侧向偏移距离表示的是在扰动结束后飞机侧滑角高度增量和速度增量迎角增量俯仰角增量和航迹倾角增量侧滑角偏航角和滚转角由上述计算结果可以看出该无人机的横航向控制律可以实现无人机收到横航向扰动后的纵向高度稳定和姿态稳定也可以实现横航向的航向稳定和姿态稳定既可以消除侧向偏移和保持预定航向并且速度也可以实现稳定

多小型无人机协同航迹规划及其硬件在回路仿真共3篇多小型无人机协同航迹规划及其硬件在回路仿真1多小型无人机协同航迹规划及其硬件在回路仿真随着科技的不断发展，无人机技术也得到了快速的发展。

在军事、民用、商业及科研等领域都有了广泛的应用。

而多小型无人机协同航迹规划也逐渐成为人们研究的热点问题。

无人机的航迹规划是指在一定的任务范围内，根据航迹规划算法，将无人机的航迹规划为一条或多条航线。

多小型无人机协同航迹规划则是指在多个无人机之间，通过通信协调，完成任务的最优航迹规划。

例如，多架无人机在山区中完成搜救任务时需要协调各自航迹规划以及照片拍摄区域，提高任务效率。

多小型无人机协同航迹规划的硬件主要包括飞行控制器、无线模块、传感器等。

其中，飞行控制器是无人机的核心部件，用于控制飞行器的姿态、飞行速度和方向等参数。

无线模块则用于实现无人机之间的通信，建立控制指令和数据传输的通道。

传感器则是实现导航和环境感知的重要部件。

基于多小型无人机航迹规划的硬件，需要进行回路仿真。

回路仿真是指通过特定的仿真软件，模拟飞行控制器、无线模块和传感器等硬件之间的交互作用，检测协同航迹规划算法的准确性和可靠性。

在回路仿真中，首先需要建立一个多无人机的场景，包括每架无人机的参数（如起飞重量、载重能力、最大飞行速度、最大飞行高度等）以及地形地貌信息。

其次，需要对协调姿势和航速的控制算法进行仿真。

具体来说，可以通过开发软件来进行仿真，如MATLAB和Simulink等软件。

这些软件可以方便地进行仿真，利用图形化界面直观地展示数据和结果，更好地发现和排除问题。

最后根据仿真结果，对算法和硬件进行优化。

随着人工智能技术和物联网技术的不断提升，未来多小型无人机协同航迹规划将更加智能化、高效化、安全化。

例如，无人机可以通过高精度地图等技术，实现自主航迹规划，大大提高环境适应性和飞行效率。

此外，人工智能技术可以让无人机具备自主学习和决策功能，提高其应对复杂环境的能力。

航． 天Ｕ 大一 京№ 空Ｏ 刚 盯
Ⅱ实时核 开发 基 于 Ｄ ＯＳ的 实时 多任 务 应 用 程序 。文 中就 系统 结构 、 飞机 模 型 、 真 算 法 、 时 多任 务 应 用程 序 编 仿 实
写 进 行 了详 细 的 论 述 。该 系统 已 成功 应 用在 某 型 无人 机 仿 真 中。 关键词： 人机； 无 实时仿 真 ； ｃ ｏｓ ｕ ／ 一Ⅱ 中 图分 类 号 ： ４ Ｖ２ ９ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ５２ １ （ ０ ９ 增 刊一 ０ ４ ０ １ ０ — ６ ２ ０ ） ５ ０ ３—４
第４ １卷增 刊 ２０ 年 ｌ 月 ０９ ２
Ｖ ０１４１ Ｎｏ． ． Ｓ
Ｄｅ ． ２０ ｃ ０９
无 人 机 实 时飞行 仿 真 平 台设 计
南
耿 通奋
（ 京 航 空航 天 大 学 无 人 机 研 究 院 ， 京 ， １０ ） 南 南 ２０１ ６
摘要 ： 绍 了一种 面向 无人 机 实时 飞行 仿 真 平 台的 设 计 与 实现 。硬 件 平 台采 用嵌 入 式 计 算机 系统 。利 用 ｕ ＯＳ 介 Ｃ／ 一
态； 同时 ， 任何 控制 功能的局部 修改 ， 能够立 即在仿
真环 境 中得 到验证 ， 保控制 软件 的功能正确性 。 确
ｑ ＊ ｖ Ｌ— ￣ ｄ ｏ ・— ｔ 一
图 ｌ 仿 真 平 台结 构
收稿 日期 ： ０ ９０ — ６ 修订 日期 ： ０ ９０ — ９ ２０ —３０ ； ２ ０ — ６０
工作 现场 就 可 以方 便快 捷地 对 自动 驾驶 仪及 其 相 关设备 的工作状 态进行准 确的测试 ， 对飞行 控制律
的正确性 和有效性 进行评价 与验证 ， 对飞行 中的故 障进行 复现和排 除 ， 保证硬件 设备始 终处 于 良好状