面对现代无人系统因多学科深度集成、软件占比激增和算法高度复杂带来的爆炸性复杂性增长，以及对运行于危险环境所要求的极致安全性与可靠性，传统基于文档的开发模式因难以清晰表达复杂行为、后期缺陷发现成本高昂、物理测试覆盖不足且代价巨大而陷入瓶颈。

MBD（基于模型的开发）以模型作为统一核心、支持早期持续仿真验证、自动化代码生成、提升需求可追踪性与测试覆盖度、促进多领域协同等核心优势，成为高效应对这些挑战、满足严苛行业标准并开发高质量高可靠无人系统的必然选择。

一、平台概况
本平台是集教学与科研目的为一体的多功能实验台，其在满足日常学生教学实验的同时，兼顾无人机飞行控制及力学等学科专业的科学研究，还可以基于反射内存网通讯进行编队半实物的扩展。平台主要由系统建模仿真环境、实时仿真系统、三轴仿真转台、三维飞行视景系统、遥控器和飞控板组成。

二、平台构成
无人机飞控半实物实验平台产品整体可以分为系统建模仿真软件、三轴仿真转台、无人机飞控系统、Links-RT实时仿真系统。

1.三轴仿真转台
提供模拟真实无人机三轴转向的机制，作为执行机构接收转动控制指令，模拟飞行过程中的滚转、俯仰和偏航运动，同时为飞控传感器提供真实的三轴转向偏转量，作为飞控系统的输入信号。

2.无人机飞控系统
由系统建模仿真软件和Pixhawk4飞控板组成，飞控板装载在电动三轴转台上，与实时仿真机之间采用串口通讯，收发控制指令、模型运算结果和其它传感器控制信号。

3.实时仿真系统
作为无人机飞控半实物实验平台的核心，将实时完成无人机动力学、传感器、大气环境等系统模型的解算，以及与飞控实物设备的IO通信。

三、平台特点
基于模型设计（MBD）的开发思路；
支持多旋翼、固定翼等小型无人机飞控系统设计验证；
支持飞控快速控制原型；
支持PIXHAWK系列飞控、传感器、舵机、GPS、三轴转台等的硬件在环路测试；
支持基于MWORKS建立飞机动力学模型并基于实时仿真机和飞控完成硬件闭环；
支持在线调参、曲线监视、数据处理、飞行视景、多机扩展等功能。
基于MWORKS构建的系统模型在反应多专业耦合特性方面更有优势，提高系统设计和优化的效果。
打通MWORKS和灵思创奇半实物仿真技术桥梁，实现系统设计仿真与半实物仿真平台无缝集成及国产化替代。

四、实验内容
1.虚拟仿真试验

(1)飞行仿真实验
掌握在系统仿真软件当中搭建无人机模型方法
构建四旋翼和固定翼的数字仿真模型
了解无人机飞行任务规划方法
使用飞行视景软件进行飞行任务规划迭代验证

2.半实物仿真试验

(1)飞控代码生成实验
了解飞控矫正的流程
掌握控制器模型搭建的方法
运用代码生成工具进行代码下载

(2)硬件在回路测试实验
了解半物理仿真工程创建流程
掌握仿真工程界面搭建方法
仿真结果性能分析

五、示例模型
基于Sysplorer开发的飞行器（无人或有人）数学模型，包括航迹规划、无人机飞控、无人机动力学和传感器反馈等子系统。

飞控算法采用双闭环PID控制结合速度前馈，其外环为角度（angle）控制，角度值是由滤波与姿态解算后得到的欧拉角，有延迟且存在误差，单闭环无法实现姿态控制过程。在此基础上引入内环，内环选择角速度（rate）控制，角速度由陀螺仪直接测量得到，误差小，响应快，延迟短。

六、适配课程及科研

1.适配教学课程

2.支撑科研方向
(1)支撑无人机的建模和控制算法研究。提供一体化系统建模和控制器建模环境，帮助提高样机建模的完整性和系统性，同时完备的环境模型降低了空气动力学特性导致的整机建模的难度，为在仿真阶段迭代高水平飞行性能的控制算法提供平台支撑。

(2)支撑无人机编队飞行控制研究。采用半实物仿真平台模拟多机编队过程中的无线通信间断、干扰等故障，研究对干扰由抑制作用和故障调节作用的飞行控制系统，在保证仿真结果与具体硬件环境较为接近的情况下，降低算法迭代的成本，提供无人机飞控容错控制技术的研究平台。

七、演示视频

关于我们

北京灵思创奇科技有限公司基于正向设计方法论MBSE,提供智能装备仿真测试一体化平台LINKS-XIL及轻量级数字孪生体解决方案，是国内第一家提出小型化、原型化、场景化、标准化工业数字孪生平台厂商。落地于无人系统，机器人，电机伺服控制等垂直产业场景，服务于国防军工，商业航天，汽车，能源电力及工厂自动化等行业，辅助装备的研发设计，虚拟测试及验证，缩短研发周期，降低研发成本，提升研发效率。除服务于工业场景，我司产品在高校工程教育及科研领域，如航空航天、机器人工程，自动化，电气工程，车辆工程，人工智能等专业广泛应用，可提升学生和老师的工程能力和创新能力。基于先进的科研产品，客户已先后发表70多篇高水平SCI/EI论文。灵思创奇是北京市2021年首批专精特新企业，产品软硬件均拥有自主知识产权，在多个工业领域实现进口产品替代。