為旋翼式無人飛行器開發(fā)硬件在環(huán)仿真器

Author(s):
G. M. Saggiani - University of Bologna, School of Engineering Forlì
R. Pretolani - University of Bologna, School of Engineering Forlì
B. Teodorani - University of Bologna, School of Engineering Forlì
F. Zanetti - University of Bologna, School of Engineering Forlì

Industry:
Aerospace/Avionics, Research

Products:
PXI-7831R, CompactRIO, Real-Time Module, LabVIEW, FPGA Module, Control Design and Simulation Module, NI 9474, NI 9411

The Challenge:
為博洛尼亞大學(xué)(UNIBO)的旋翼式無人飛行器(RUAV)平臺開發(fā)硬件在環(huán)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。

The Solution:
使用NI CompactRIO和LabVIEW FPGA 模塊開發(fā)集成的模塊化HIL仿真系統(tǒng)。

無人駕駛飛行器在民用和軍用的許多領(lǐng)域中，是一個很有前景的低成本選擇。相比傳統(tǒng)的飛行器，無人飛行器可以提供更低的運(yùn)行成本和顯著的人員安全優(yōu)勢（特別是枯燥、骯臟和危險(xiǎn)的任務(wù)）。近幾年來，我們開展了若干個民用的固定機(jī)翼或旋翼式UAV平臺的研究項(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。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。傳統(tǒng)的RUAV項(xiàng)目使用機(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，這增加開發(fā)的時間成本。

在我們開發(fā)的RUAV航空電子系統(tǒng)組件中，使用CompactRIO作為飛行計(jì)算機(jī)，因?yàn)樗兄煽壳铱芍匦屡渲玫臉?gòu)架，可以快速而便捷地集成不同的I/O硬件和傳感器。

與直升機(jī)平臺建造及航空電子系統(tǒng)開發(fā)同時進(jìn)行的是，在LabVIEW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和HIL仿真器可以快速而便捷的進(jìn)行編程。它們還可以加速軟硬件的開發(fā)和整合。

硬件和系統(tǒng)構(gòu)架

RUAV系統(tǒng)的開發(fā)通常使用下面的方法：

硬件選型和系統(tǒng)建立
設(shè)計(jì)傳感器采集軟件和控制系統(tǒng)
開發(fā)半實(shí)物測試臺，對機(jī)載硬軟件進(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

我們的RUAV平臺由Hirobo60業(yè)余直升機(jī)組成，我們對直升機(jī)進(jìn)行了改裝來裝載航空電子硬件。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。