59、基于VxWorks的无人机半物理仿真系统设计与实现

基于VxWorks的无人机半物理仿真系统设计与实现

1. 引言

随着航空科技的飞速发展，无人机凭借低成本和可重复使用的优势，逐渐成为航空研究的热点，广泛应用于军事和民用领域。无人机系统通常由机身、动力系统、电气设备、飞行控制系统、控制指令系统和地面支持系统等组成。其中，飞行控制系统作为无人机的核心子系统，在很大程度上决定了无人机的性能，对确保飞行安全起着至关重要的作用。

为保证无人机的飞行性能，在飞行控制器设计过程中需要进行全面测试和验证。然而，飞行控制系统的整机测试需要多系统专业人员协作，测试过程风险高、周期长、效率低，且易受气象和环境因素限制。因此，构建一个优秀的仿真平台对于飞行控制系统的开发和测试至关重要。

考虑到飞行控制系统开发中的效率、经济和安全因素，本文构建了一套无人机半物理仿真平台。基于实时操作核心的计算机能实现复杂逻辑处理功能，具有集成度高、计算能力强、接口丰富、可扩展性好和通用性强等特点，在半物理仿真中应用广泛。常见的仿真平台有专用的DSPACE实时系统仿真平台，或采用PC + 实时操作系统（如VxWorks、Qnx等）的模式，这些平台性能良好，在航空航天领域应用广泛。本文基于VxWorks嵌入式硬件架构下的RTSim环境构建无人机半物理仿真系统，将无人机Simulink仿真模型编译成C语言代码并下载到硬件平台进行实时仿真。

2. 仿真系统组成

半物理仿真，也称为硬件在环仿真，是一种将物理设备连接到仿真回路的测试方法，结合了物理测试和数字仿真的优点，在数学仿真和物理测试方面具有无可比拟的优势。本文设计的无人机半物理仿真系统主要由主控制计算机、实时模拟器和飞行控制盒组成，采用上下位机交互的系统架构。