開發(fā)半實(shí)物模擬器為旋翼式無人飛行器"我們選擇NI公司的CompactRIO系統(tǒng)作為飛行計(jì)算機(jī)，是因?yàn)樗兄煽壳铱芍嘏渲玫臉?gòu)架，這使我們能夠快速簡便地對不同的輸入/輸出硬件和傳感器進(jìn)行集成。"-R.Pretolani,UniversityofBolognaIISchoolofEngineeringForliTheChallenge:為博洛尼亞大學(xué)的旋翼式無人飛行器（RUAV）平臺開發(fā)半實(shí)物測試臺，它能夠?qū)?shí)際的UAV系統(tǒng)進(jìn)行模擬，用于進(jìn)行安全無風(fēng)險(xiǎn)的飛行前測試。TheSolution:系統(tǒng)構(gòu)架使用NI公司的硬件和軟件開發(fā)半實(shí)物模擬器作為集成的模塊化系統(tǒng)。我們使用NIPXI-7831（而不是機(jī)載的CompactRIO控制器和FPGA模塊）來模擬RUAV系統(tǒng)，同時(shí)我們利用NILabVIEWControlandDesignSimulationModule軟件實(shí)現(xiàn)了直升機(jī)模型來模擬RUAV平臺。與飛行測試的比較表明，我們開發(fā)的HIL模擬器是一個(gè)可靠的測試平臺，可以對機(jī)載RUAV控制系統(tǒng)進(jìn)行安全的地面測試。Author(s):R.Pretolani-UniversityofBolognaIISchoolofEngineeringForliG.M..Saggiani-UniversityofBolognaIISchoolofEngineeringForliB.Teodorani-UniversityofBolognaIISchoolofEngineeringForliF.Zanetti-UniversityofBolognaIISchoolofEngineeringForli在博洛尼亞大學(xué)DIEM航空航天系，我們開發(fā)了旋翼式無人飛行器，并使用NI公司的CompactRIO系統(tǒng)作為飛行數(shù)據(jù)采集和直升機(jī)控制的機(jī)載計(jì)算機(jī)。在第一次飛行測試中，UAV直升機(jī)可以在計(jì)算機(jī)控制下，完成完整的飛行動作。與RUAV系統(tǒng)開發(fā)同時(shí)進(jìn)行的是模塊化的半實(shí)物測試臺，它也是在NILabVIEW環(huán)境中開發(fā)出來的，能夠在飛行前進(jìn)行安全無風(fēng)險(xiǎn)的硬件和軟件測試。我們開發(fā)的半實(shí)物測試臺（如圖2所示），在測試環(huán)中包含了盡可能多的飛行器硬件，同時(shí)包含了與機(jī)載系統(tǒng)等效的軟件和硬件。特別的是，我們使用了NI公司的PXI-7831來代替CompactRIOFPGA模塊。在HIL中，我們使用NILabVIEWControlandDesignSimulation軟件實(shí)現(xiàn)了直升機(jī)模型來模擬RUAV平臺。與飛行測試的比較表明，HIL模擬器是一個(gè)可靠的測試平臺，能夠?qū)C(jī)載RUAV控制系統(tǒng)進(jìn)行安全的地面測試。圖1.系統(tǒng)構(gòu)架1/5 圖2.HIL模擬器構(gòu)架背景眾所周知，無人駕駛飛行器在民用領(lǐng)域是一個(gè)很有前景的低成本選擇。相比傳統(tǒng)的飛行器，無人飛行器在人員安全（特別是枯燥、骯臟和危險(xiǎn)的任務(wù)）、降低運(yùn)作成本以及工作效率方面具有巨大的優(yōu)勢。近幾年來，博洛尼亞大學(xué)進(jìn)行了若干個(gè)民用的固定機(jī)翼或旋翼式UAV平臺開發(fā)的研究項(xiàng)目。為了開發(fā)出這種類型的平臺，我們需要新的航空電子系統(tǒng)，能夠使直升機(jī)保持在穩(wěn)定的高度并按照需要的軌跡飛行，該航空電子設(shè)備系統(tǒng)包含傳感器、計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)通信硬件，以及對飛行器進(jìn)行導(dǎo)航和控制的軟件?？偟恼f來，RUAV航空電子系統(tǒng)的開發(fā)，需要涉及到微電子、數(shù)據(jù)通信、電子集成、安裝和編程、濾波器設(shè)計(jì)、信號調(diào)理及振動隔離等廣泛領(lǐng)域。大多數(shù)現(xiàn)有RUAV項(xiàng)目使用了機(jī)載電子設(shè)備，需要雇傭大量的專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行系統(tǒng)的裝配和測試，進(jìn)而增加開發(fā)時(shí)間和總成本。在博洛尼亞大學(xué)，RUAV航空電子系統(tǒng)作為一個(gè)集成的模塊化系統(tǒng)，是使用即時(shí)可用而且具有成本效益的技術(shù)開發(fā)出來的。我們選擇NI公司的CompactRIO系統(tǒng)作為飛行計(jì)算機(jī)，是因?yàn)樗兄煽壳铱芍嘏渲玫臉?gòu)架，這使我們能夠快速簡便地對不同的輸入/輸出硬件和傳感器進(jìn)行集成。與直升機(jī)平臺建造及航空電子系統(tǒng)開發(fā)同時(shí)進(jìn)行的是，在NILabVIEW環(huán)境中開發(fā)模塊化半實(shí)物測試平臺，用于安全無風(fēng)險(xiǎn)的飛行前測試。CompactRIO系統(tǒng)和半實(shí)物模擬器都能夠進(jìn)行快速而容易的編程，來大幅度地加速軟硬件的開發(fā)與集成。我們將在下面的章節(jié)中介紹這些系統(tǒng)。硬件和軟件構(gòu)架通常，RUAV系統(tǒng)的開發(fā)需要經(jīng)過一系列的步驟，包括：硬件選型和系統(tǒng)設(shè)置設(shè)計(jì)傳感器采集軟件和控制系統(tǒng)開發(fā)半實(shí)物仿真測試平臺，對機(jī)載硬件和軟件進(jìn)行無風(fēng)險(xiǎn)的地面測試最終的自主飛行實(shí)驗(yàn)測試圖1和圖2中顯示了RUAV系統(tǒng)的構(gòu)架和HIL模擬器。機(jī)載系統(tǒng)和HIL模擬器都是使用大量NI公司的硬件和軟件開發(fā)出來的。在UNIBO開發(fā)出的RUAV平臺由Hirobo60業(yè)余直升機(jī)組成，它們被改裝以裝載航空硬件。為了提高直升機(jī)的載重能力，我們還安裝了更為強(qiáng)大的引擎、更長的玻璃纖維槳葉、更長的尾桁和尾槳。NICompactRIO作為飛行計(jì)算機(jī)，用于采集傳感器信息，并且根據(jù)實(shí)現(xiàn)的控制算法生成PWM執(zhí)行器信號，特別是：●CompactRIOFPGA利用數(shù)字輸入模塊cRIO-9411管理RS232協(xié)議，從CrossbowNAV420AHRS（航姿系統(tǒng)）接收飛行數(shù)據(jù)信息。CompactRIOFPGA分別利用數(shù)字輸入模塊cRIO-9411和數(shù)字輸出模塊cRIO-9474，接收和發(fā)送PWM執(zhí)行器信號CompactRIO利用數(shù)字輸入模塊cRIO-9411和數(shù)字輸出模塊cRIO-9474管理I2C協(xié)議，采集聲納傳感器的高度信息CompactRIO實(shí)時(shí)核心從FPGA接收傳感器信息并記錄所有的飛行數(shù)據(jù)，同時(shí)它還管理與地面控制臺的無線以太網(wǎng)通信我們開發(fā)的HIL測試臺在測試環(huán)中包含了盡可能多的飛行器硬件：運(yùn)行機(jī)載軟件的飛行計(jì)算機(jī)等效硬件。為了這個(gè)目標(biāo)，我們使用了與CompactRIOFPGA模塊等效的NIP