Simcenter无人机仿真解决方案

本文来源：数字化工业软件技术期刊

无人机已经逐渐走入到我们的生活、娱乐、工业、运输等各个领域，由于其小巧、灵活等特性，可以执行有人驾驶飞机难以应对的各种操作，带来显着的经济节约和环境效益。 通过对各国无人机发展的研究可以看出，目前无人机有以下发展趋势。

1.1

多功能、模块化

高技术的迅速发展使模块化、通用化、系列化成为可能，今后的无人机平台和地面站很可能是通用的，将朝着一机多能的方向发展。

1.2

高空长航时

从无人机的发展趋势来看，长航时高空无人机已成为世界各国无人侦察机的发展重点之一。

1.3

微型化、智能化

随着微电子技术和纳米技术的飞速发展，21世纪的无人机将变得“微乎其微”。大量采用人工智能和群体智能理论技术，无人机可自动寻找、识别目标。

图1：城市中随处可见的无人机

新的技术促进无人机行业的发展，同时也对无人机设计带来重大的挑战，如何设计出新一代的无人机，虚拟仿真已经成为不可或缺的技术手段。本文从几个方面介绍一下西门子在无人机方面的仿真应用。

02 Simcenter系统仿真提升无人机性能

Simcenter Amesim系统仿真可以分析不同操作条件和不同任务下的飞行器性能。能够对飞行器的飞行动力学、确保推进的电动机行为、控制器和电池性能（包括它们的热行为）进行建模和仿真。这些可以在无人机执行任务的任何时刻进行评估，并且可以针对不同的操作条件进行评估，例如故障事件、不同的有效载荷（即质量和惯性）、对风尘等干扰的抵抗力等。

2.1

系统仿真提升无人机智能化

Simcenter Amesim 提供了对各种无人机进行建模并模拟其性能的功能。这些模型可以预测无人机的行为和性能，使其成为一个出色的虚拟工作台，可以持续测试、验证和验证自主飞行的控制器。由于其丰富的接口，Simcenter Amesim 可以与其他软件工具耦合以扩展其建模功能。和Simcenter Prescan（西门子无人驾驶仿真）的联合就是一个引人注目的例子，它可以对用于自主飞行的传感器以及无人机预期运行的环境进行建模。Simcenter Amesim 开放性使其可以作为一个集成平台工作，在该平台上可以同时模拟控制器和工厂（行为）模型。Simcenter Amesim 还支持 MIL、SIL 和 HIL 应用程序。

利用上述功能，我们模拟无人机在发生由硬件或软件故障引起的故障事件时的行为。这可以帮助确定无人机性能下降是否安全，是否需要设计改进提升安全度。

在智能化应用方面， Simcenter Amesim 的行为模型可用于在任何物理原型可用之前虚拟生成数据以训练 AI 算法。当最终在物理原型中实现时，这有助于更快地开发此类算法并具有更高的成熟度。

图2：带有反向旋转螺旋桨的四轴飞行器的 Simcenter Amesim 模型示例

2.2

系统仿真保证飞行安全

在城市飞行的无人机，安全操作是关键。针对尽可能多的飞行场景和运行条件验证飞行管理系统至关重要。这就是为什么飞行管理系统的数字孪生必须包括飞机和环境的模拟模型。

图3：避障机动系统仿真结果

如上研究模拟了多个碰撞场景，并使用模拟框架评估了障碍物检测和规避功能。这些场景包括在计划的飞行路径上具有不同方向的塔式起重机。我们根据起重机的方向计算了不同的轨迹。当起重机垂直于飞行路径定位时，可以提前很好地检测到。结果还显示了无人机在规避机动期间的结构评估和飞机加速度水平。

来源：深圳市贝思科尔软件技术有限公司