一种基于Simulink的余度飞控系统干扰及故障模拟系统

本发明属于飞行器仿真模拟测试，具体涉及一种基于si mulink的余度飞控系统干扰及故障模拟系统。

背景技术：

1、在航空航天领域，对飞行器系统进行全面的故障与干扰的仿真和测试至关重要。为了确保飞行器系统的可靠性和安全性，在设计和开发阶段需要进行各种干扰与故障情况的模拟和验证。余度飞行器干扰及故障模拟注入系统应运而生，旨在满足这一需求。

2、该系统的开发背景源自于对飞行器系统干扰和故障模拟的迫切需求。在实际运行中，飞行器可能面临各种各样的故障情况，如传感器故障、总线故障、执行机构故障等。为了有效应对这些故障情况，必须对飞行器系统进行充分的干扰及故障仿真和测试。而传统的模拟系统往往无法满足对多样化的干扰及故障情况的有效模拟和测试需求。

3、因此本发明提出一种具有多种信号注入能力，包括总线、模拟和离散信号，同时还支持软干扰及故障注入能力，可以为用户提供任意多种干扰及故障情况的余度飞控系统干扰及故障模拟系统。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于simulink的余度飞控系统干扰及故障模拟系统，提供了一个全面、灵活、可定制的干扰及故障仿真解决方案，以确保飞行器系统的可靠性和安全性。

2、为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种基于simulink的余度飞控系统干扰及故障模拟系统，包括通过串口通讯连接并进行信息传递的余度飞控仿真计算机、故障注入模块和执行机构模拟装置；

4、所述余度飞控仿真计算机基于simulink实时仿真平台，配备了si mulink工具箱；

5、所述故障注入模块负责模拟各种故障情况，并将这些故障注入到余度飞控仿真计算机中，以评估飞行器系统在故障情况下的性能；

6、所述执行机构模拟装置模拟飞行器的各种执行机构，对飞行器进行动态响应模拟。

7、优选地，所述simulink工具箱包含了目标模型、目标特性计算模块、飞行器可视化模型，所述目标模型从故障注入模块中选择目标的故障或干扰生成类型，作为目标模型输出，所述目标特性计算模块将目标模型的飞行姿态信息进行分解，解算飞控位姿，并计算飞行控制量至余度飞控仿真计算机的飞行器可视化模型中，所述飞行器可视化模型将模拟模型输出至执行机构模拟装置，执行机构模拟装置对飞行器进行动态响应模拟。

8、优选地，所述故障注入模块包括故障模型、干扰生成模型，所述故障模型包括传感器故障、总线故障、执行机构故障、电源故障、软件故障、通信故障以及环境故障，所述干扰生成模型包括imu传感器数据干扰、gps位置干扰及气压计高度干扰。

9、优选地，所述执行机构模拟装置包括运动控制器模型、伺服电机驱动器模型和伺服电机模型，所述运动控制器模型接收飞行器可视化模型的控制信号，并处理控制信号发送给伺服电机驱动器模型，由伺服电机驱动器根据控制信号驱动伺服电机模型运动。

10、本发明还提供了上述基于simulink的余度飞控系统干扰及故障模拟系统的模拟方法，包括以下步骤：

11、s1：故障及干扰模型建立：在simulink环境中，建立包括故障模型、干扰生成模型的目标模型，模拟飞控系统可能遇到的各种故障和干扰情况；

12、s2：干扰及故障数据生成：使用建立的模型，在simulink中生成具体的干扰及故障数据；

13、s3：串口通信配置：配置simulink环境以通过串口与余度飞控仿真计算机进行通信；

14、s4：数据传输：将生成的干扰及故障数据通过串口传输到余度飞控仿真计算机，数据将作为飞控系统的故障及干扰输入，用于模拟飞行器在不同异常情况下的行为；

15、s5：飞控系统响应：余度飞控仿真计算机接收并处理来自simuli nk环境的干扰及故障数据，飞控系统根据接收到的数据调整其控制策略，模拟在实际飞行中对应的反应；

16、s6：仿真环境监控：监控仿真环境中飞控系统的响应和行为，观察飞行器在不同故障和干扰情况下的性能表现，评估飞控系统的稳健性和可靠性；

17、s7：数据记录与分析：记录仿真过程中的数据，并进行分析和评估；

18、s8：优化参数调整：根据仿真结果，对飞控系统的参数和算法进行优化调整；

19、s9：系统验证与验证：对优化后的飞控系统进行验证和测试，验证系统在各种实际情况下的性能表现，确保其满足设计要求和安全标准。

20、本发明的有益效果是：

21、(1)通用性与灵活性提升：本发明采用simulink仿真平台，与现有的余度飞控系统仿真工具相比，具有更强的通用性和灵活性。si mulink提供了丰富的建模工具和模块，可以轻松地搭建各种飞控系统的仿真模型，而不受特定硬件平台的限制。

22、(2)快速开发与验证：利用simulink仿真平台，本发明可以快速建立飞行器运动模型和故障模型，并进行快速验证。与传统的仿真方法相比，本发明缩短了开发周期，提高了系统开发效率。

23、(3)多样化故障模拟：本发明提供了多种故障模拟功能，包括rs422总线故障、can-fd总线故障和多路故障下的余度切换验证等。相比传统的故障注入方法，本发明可以模拟更多类型的故障情况，更全面地评估飞控系统的性能。

24、(4)实时性和准确性提高：通过simulink desktop real-time设计工具和simulink的external模式，本发明可以生成实时程序代码，并实时运行在仿真计算机上。与传统的离线仿真相比，本发明具有更高的实时性和准确性，能够更真实地模拟飞行器的运行环境和故障情况。

25、(5)成本效益优势：本发明采用simulink仿真平台和标准串口通信技术，硬件成本低廉，易于获取和维护。相比传统的仿真系统，本发明成本更低，更适合于中小型企业和研究机构使用。

26、(6)故障诊断与优化：本发明提供了故障注入和监测功能，可以模拟和监测飞控系统在不同故障情况下的性能表现。通过分析仿真结果，可以及时发现和诊断故障，并提出相应的优化方案，提高系统的可靠性和稳定性。

27、(7)教育与培训应用：本发明不仅适用于工程研发领域，还可以用于高校教育和培训。simulink平台易于学习和使用，可以帮助学生理解飞控系统的工作原理和故障诊断方法，培养他们的实践能力和创新意识。

28、通过以上优势，本发明能够为余度飞控系统的开发、验证和故障诊断提供更加高效、全面和可靠的解决方案，推动飞行器技术的不断发展和进步。

技术特征：

1.一种基于simulink的余度飞控系统干扰及故障模拟系统，包括通过串口通讯连接并进行信息传递的余度飞控仿真计算机、故障注入模块和执行机构模拟装置；

2.根据权利要求1所述的基于simulink的余度飞控系统干扰及故障模拟系统，其特征在于，所述simulink工具箱包含了目标模型、目标特性计算模块、飞行器可视化模型，所述目标模型从故障注入模块中选择目标的故障或干扰生成类型，作为目标模型输出，所述目标特性计算模块将目标模型的飞行姿态信息进行分解，解算飞控位姿，并计算飞行控制量至余度飞控仿真计算机的飞行器可视化模型中，所述飞行器可视化模型将模拟模型输出至执行机构模拟装置，执行机构模拟装置对飞行器进行动态响应模拟。

3.根据权利要求1所述的基于simulink的余度飞控系统干扰及故障模拟系统，其特征在于，所述故障注入模块包括故障模型、干扰生成模型，所述故障模型包括传感器故障、总线故障、执行机构故障、电源故障、软件故障、通信故障以及环境故障，所述干扰生成模型包括imu传感器数据干扰、gps位置干扰及气压计高度干扰。

4.根据权利要求1所述的基于simulink的余度飞控系统干扰及故障模拟系统，其特征在于，所述执行机构模拟装置包括运动控制器模型、伺服电机驱动器模型和伺服电机模型，所述运动控制器模型接收飞行器可视化模型的控制信号，并处理控制信号发送给伺服电机驱动器模型，由伺服电机驱动器根据控制信号驱动伺服电机模型运动。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的基于simulink的余度飞控系统干扰及故障模拟系统的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明属于飞行器仿真模拟测试技术领域，具体涉及一种基于Simulink的余度飞控系统干扰及故障模拟系统，包括通过串口通讯连接并进行信息传递的余度飞控仿真计算机、故障注入模块和执行机构模拟装置，余度飞控仿真计算机负责模拟飞行器的飞行控制系统，并处理来自其他组件的数据，故障注入模块将模拟的故障注入到仿真系统中，以评估飞行器系统在故障情况下的性能。执行机构模拟装置模拟飞行器的各种执行机构，如舵机、起落架等，以实现对飞行器动态响应的模拟。通过Simulink建立模块工具箱，用户可以对余度飞控系统的各个方面进行详细的建模和仿真，提供了一个全面、灵活、可定制的干扰及故障仿真解决方案，以确保飞行器系统的可靠性和安全性。技术研发人员：曾庆华,郭运伟,朱小虎,宋甫俊,田大江,唐萌,张睿,刘盼受保护的技术使用者：中山大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15