基于模型的飞行器系统半实物仿真解决方案

飞行器系统半实物仿真平台是集教学与科研目的为一体的飞控系统多功能地面仿真试验平台，其在满足日常培训与展示的同时，兼顾飞行器飞行控制及飞行动力学等学科专业的科学研究。本平台基于华力智飞公司自主研发的半实物仿真系统，采用基于模型的设计（MBD）开发思路，可支撑飞行器数学仿真试验（MIL）、飞控算法快速控制原型开发（RCP）、飞控系统硬件在环（HIL）以及飞控系统半物理或全物理仿真试验。平台提供飞行仿真综合控制、模型编译及下载管理、仿真数据处理等功能，为用户提供一个高易用性、高可靠性、强实时性的设计、开发、仿真、验证平台。

飞行器系统半实物仿真平台提供全机飞行器、飞控系统、惯导、大气机、起落架系统等仿真模型，并模拟与机载设备交联的外部环境，结合自主研发的半实物仿真平台，完成对物理效应模拟器（转台、大气物理效应仿真系统、导航模拟器等）的接口交联和驱动，构建完整的飞控闭环仿真系统，为机载设备的控制算法验证、设计开发和验证提供支持。同时提供飞行仿真三维可视化视景，直观显示飞行位置、姿态及舱内环境等，并与VR技术结合实现沉浸式仿真。

模型开发工具

仿真模型开发支持基于Matlab/Simulink、AMESim、SimulationX、Dymola、C/C++等建模工具，实现控制、液压、机械等多领域系统模型联合仿真，并实现与实时操作系统的紧密集成。

 飞行器组件模型库

飞行器系统半实物仿真平台提供通用化飞行器组件模型库，飞行器组件模型库可供用户直接调用，并支持用户二次开发。为用户飞行器数学仿真、快速原型开发、硬件在回路、飞控系统半物理仿真试验等提供强有力的技术支持。

六自由度运动学/动力学模型

起落架模型

惯导模型

大气数据模型

推进系统模型库

舵机模型

传感器模型

硬件接口驱动库

飞行器数字仿真模型构建

飞行器数字仿真模型是基于Matlab/Simulink开发完成的，主要包括空气动力学模型、质量特性模型、运动学模型、大气数据模型、起落架模型、推进系统模型、GPS模型以及控制系统模型，用户可自定义飞行器结构参数以及相应气动参数，并支持飞机初始状态，如位置、姿态、总重量、构型等信息设置。该数字仿真系统支持手动飞和自动飞两种模式，并可运行在实时操作系统上。下图展示了飞行器数字仿真模型总体架构：

仿真运行管理

飞行器系统半实物仿真平台实现对实时仿真全过程管理，功能包括：仿真工程管理、目标机管理、模型管理、变量监视和记录、目标机状态监视、模型接口映射DataMap、分布式仿真、批量测试、ICD管理等。

应用场景

支持飞行器地面综合试验

1、支持模型在环（MIL）仿真

在系统设计初期且不具备机载设备情况下，可用于飞行控制律、飞行控制系统功能的初步设计与验证。需要进行工作包括：

1)飞控模型、飞行动力学模型等系统组件模型通过代码生成、编译、加载运行等步骤，便可进行实时闭环计算；

2)可将计算的飞行器位置、姿态数据以三维视景的方式动态显示出来；

3)支持与座舱模拟器通信，进行人在回路的仿真试验。

2、支持快速原型开发（RCP）试验

在飞行控制律设计开发阶段下，可用于飞行控制律、飞行控制系统功能的快速控制原型验证。

3、支持硬件在环（HIL）仿真机载设备到场后，替换对应的仿真模型，接入回路，达到更真实模拟飞行器实飞的效果，进一步验证飞控系统。这也是飞控系统在设计验证中系统综合的一个过程（采用增量式综合（Incremental Integration）策略，即按照预先定义的顺序，逐步增加一个或少数几个设备到已综合的系统中）。

 4、支持半物理/全物理仿真验证

在此场景下，系统提供硬件接口资源和配线系统，实现对转台、导航模拟器、大气物理效应仿真系统的接口交联和驱动，完成对机电航电任务动力仿真系统、传感器与伺服作动仿真系统的交联，实现飞控管理计算机的半物理仿真验证。根据实际真件设备到货的情况，以真实的设备替代仿真模型，并实现设备的真仿件切换控制，从而满足不同阶段的试验需求。

飞行器系统半实物仿真平台提供丰富的I/O接口、真仿件切换器、故障注入单元、信号调理单元、信号适配单元，实现仿真系统与外部设备的交联，组成硬件在环测试系统，实现对复杂系统的半实物一体化交联测试。

飞行器系统半实物仿真平台是在全数字仿真的基础上，逐步实物化硬件（如飞控计算机及姿态测量系统），通过接口仿真测试、快速原型仿真和硬件在环仿真，逐步验证各实物的系统功能，最终实现全系统的试验验证。
  

支持工程模拟器开发

可支持工程模拟器开发环境，飞行模拟座舱提供驾驶杆、油门杆、脚踏板等操作装置，进行人在环仿真，同时三维显示系统接收全数字仿真系统或飞行器半实物仿真系统的飞行器位置、姿态、起落架、舵面角度等指令，进行飞行器三维可视化展示，与飞行仿真VR设备共同实现飞行器的沉浸式仿真。