申请/专利权人：南京航空航天大学

申请日：2020-01-02

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN111241626B

主分类号：G06F30/15

分类号：G06F30/15;G06F30/20;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.30#授权;2020.06.30#实质审查的生效;2020.06.05#公开

摘要：本发明公开了一种基于快速原型技术的无人机拦阻着陆实时仿真方法，首先搭建无人机的六自由度模型辅以舵机与传感器模型完成空中阶段建模，根据无人机拦阻着陆特性完成地面着陆阶段建模，以空中与地面模型为基础设计快速原型；再针对模型特征与VxWorks操作系统环境，从模型多采样频率、手工代码、目标机配置三个方面设计代码自动生成技术，将快速原型转化为标准化代码；最后通过设计合理的任务调度机制与资源交互机制将手工代码与快速原型代码交叉编译生成适应VxWorks目标机平台的可执行文件。本发明所述的仿真方法克服了传统手工建模编码的开发周期长、人为错误率高的困难，利于进行快速原型设计初期的数字闭环仿真验证。

主权项：1.一种基于快速原型的无人机拦阻着陆实时仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：1根据无人机空中及拦阻着陆阶段的动力学和运动学方程搭建无人机六自由度空中模型和地面拦阻模型，搭建拦阻着陆模型，将无人机分为两部分，一部分是机身、起落架系统中的空气弹簧支承，另一部分是缓冲器活塞筒、刹车系统和轮胎系统组成的非空气弹簧支承部分，对这两部分分别进行受力分析与建模，最后进行力和力矩的综合；初始条件为：飞机质量为1200KG，拦阻速度为72ms,飞机质量在拦阻挂钩初期，由于拦阻索中应力波影响，导致拉力波动幅度较大，本模型并未考虑应力波影响，故曲线呈平滑状态，但是拦阻拉力变化趋势一致，最大拉力值达到25105N，拦停距离为90.24m，符合拦阻基本特性；根据实际测试故障类型构建故障注入模型；2根据仿真系统同优先级任务竞争、不同优先级任务相互抢占的特点设计时间片轮转与优先级抢占相结合的任务调度机制，根据任务收发频率快，数据量大的资源交互特点设计互斥保护机制与消息队列数据保护逻辑；3根据无人机系统模型特点设计多采样频率模式，编写用于处理数据与逻辑的手工代码，针对VxWorks目标机平台设计交叉编译环境；步骤301：设计模型多采样频率模式，根据伺服作动器与各类传感器的通信速率要求与模型解算精度要求，将各个模块设置为原子子系统，不同子系统采用不同采样频率，舵机模块设置采样周期为4ms，无人机本体模型设置为1ms，传感器模块设置为5ms，这样设计既充分满足系统运行实时性要求又能减少CPU占用率；步骤302：优化模型的内存使用量和代码执行效率，使用存储空间重用和参数内联化这两种优化手段对代码生成的方式进行优化，有效降低了模型生成的代码量和内存使用量；使用使能子系统和参数内联化这两种手段减少对不必要实时参与解算模块和不需要实时修改参数的访问，提高代码的执行效率；步骤303：统一模型和用户代码交互的全局变量，在模型配置界面ConfigurationParameters添加全局变量表，在用户代码端编写接口文件进行全局变量申明，使用Stateflow状态机便可实现模型与手工代码之间的交互应用；步骤304：设置对应目标系统的目标语言编译文件，TLC文件，根据不同的目标操作系统平台设置并修改对应的目标编译文件，本仿真系统使用的是VxWorks操作系统故需要修改为Tornado.tlc,用于指导和控制整个代码的自动生成的过程，步骤305：根据目标机平台类型编写模板联编文件，Make文件，在自动生成模型的源代码C文件和H文件后，需要修改模板链编文件tmf，生成指定目标系统的make文件，其中包括配置目标CPU类型CPU_TYPE、make文件执行路径MAKECMD、设置选择的实时操作系统编译器WIND_BASE和内核位置VX_CORE_LOC、生成目标名及目录OBJS、用户执行目录USER_SRCS；步骤306：编译链接模型，通过make文件指导生成可在VxWorks操作系统上运行的可执行文件；4将快速原型生成的标准化代码与手工代码交叉编译生成可执行文件；完成上述步骤后，便能够将Matlab环境下搭建的无人机系统模型转换生成为适配于VxWorks目标机平台的可执行文件运行；现设置无人机初始状态为：油门开度95％，方向舵和副翼舵均偏转0°，升降舵面偏转-5°；仿真开始，无人机在95％的油门开度下有足够的推力使飞机升速至22ms后起飞离地进行爬升飞行；模型与代码生成的运行结果误差低于1％。

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权利要求：

百度查询： 南京航空航天大学 一种基于快速原型的无人机拦阻着陆实时仿真方法

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