為旋翼式無(wú)人飛行器開(kāi)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(wú)人飛行器(RUAV)平臺開(kāi)發(fā)硬件在環(huán)測試臺，它能夠對實(shí)際的UAV系統進(jìn)行模擬，用于進(jìn)行安全無(wú)風(fēng)險的飛行前測試。

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

無(wú)人駕駛飛行器在民用和軍用的許多領(lǐng)域中，是一個(gè)很有前景的低成本選擇。相比傳統的飛行器，無(wú)人飛行器可以提供更低的運行成本和顯著(zhù)的人員安全優(yōu)勢（特別是枯燥、骯臟和危險的任務(wù)）。近幾年來(lái)，我們開(kāi)展了若干個(gè)民用的固定機翼或旋翼式UAV平臺的研究項目。

為了開(kāi)發(fā)出這種類(lèi)型的平臺，我們需要新的航空電子系統，能夠使直升機保持在穩定的高度并按照需要的軌跡飛行。該航空電子設備系統包含傳感器、計算機和數據通信硬件，以及對飛行器進(jìn)行導航和控制的軟件。RUAV航空電子系統的開(kāi)發(fā)，需要涉及到微電子、數據通信、電子集成、安裝和編程、濾波器設計、信號調理及振動(dòng)隔離等廣泛領(lǐng)域。傳統的RUAV項目使用機載電子設備，需要雇傭大量的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行系統的裝配和測試，這增加開(kāi)發(fā)的時(shí)間成本。

在我們開(kāi)發(fā)的RUAV航空電子系統組件中，使用CompactRIO作為飛行計算機，因為它有著(zhù)可靠且可重新配置的構架，可以快速而便捷地集成不同的I/O硬件和傳感器。

與直升機平臺建造及航空電子系統開(kāi)發(fā)同時(shí)進(jìn)行的是，在LabVIEW環(huán)境中開(kāi)發(fā)模塊化半實(shí)物測試平臺，用于安全無(wú)風(fēng)險的飛行前測試。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(kāi)發(fā)和整合。

硬件和系統構架

RUAV系統的開(kāi)發(fā)通常使用下面的方法：

硬件選型和系統建立
設計傳感器采集軟件和控制系統
開(kāi)發(fā)半實(shí)物測試臺，對機載硬軟件進(jìn)行無(wú)風(fēng)險的地面測試
最終的自主飛行實(shí)驗測試

我們的RUAV平臺由Hirobo60業(yè)余直升機組成，我們對直升機進(jìn)行了改裝來(lái)裝載航空電子硬件。為了提高直升機的載重能力，我們還安裝了更為強大的引擎、更長(cháng)的玻璃纖維槳葉、更長(cháng)的尾桁和尾槳。