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
1、基于模型设计（MBD）的开发思路；
2、支持多旋翼、固定翼等小型无人机飞控系统设计验证；
3、支持飞控快速控制原型；
4、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；
5、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；
6、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。
7、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。
8、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。
动力学建模是通过对飞行器的飞行原理和各种运动状态下的受力关系进行分析，参考牛顿-欧拉方程建立仿真模型。
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。
