飞行控制系统硬件在环仿真实战 · 课程目录

HIL概述硬件在环

什么是硬件在环仿真、HIL在飞控开发中的价值、HIL vs 纯软件仿真 vs 实物试飞

飞控系统架构核心硬件

飞控计算机、传感器（IMU/GPS/气压计）、执行机构（舵机/电机）的典型架构

实时仿真平台选型对比

dSPACE、NI PXI、Speedgoat等主流平台介绍与选型对比

飞控数学模型六自由度

六自由度刚体动力学模型、四元数与欧拉角、地球坐标系与机体坐标系

传感器建模 IMU/GPS/气压计

IMU（加速度计/陀螺仪）数学模型、GPS模型、气压计模型、噪声与误差注入

执行机构建模舵机/电机

舵机模型（PWM到角度响应）、电机模型（油门到推力响应）、延时与饱和特性

环境建模大气/地磁/重力

大气模型（标准大气/风场）、地磁模型、重力模型

接口与通信 PWM/CAN/UART

PWM信号、CAN总线、串口（UART）、UDP/TCP以太网通信在HIL中的应用

信号调理与IO 隔离/转换

模拟量采集、数字量输出、PWM生成、信号隔离与电平转换

故障注入技术传感器/执行器

传感器故障（漂移/卡死/噪声）、执行器故障（卡滞/失效）、通信故障（丢包/延迟）

测试用例设计场景化

基于需求的测试、边界值测试、随机测试、场景化测试（起飞/巡航/降落）

自动化测试框架 pytest

Python + pytest搭建HIL自动化测试脚本、测试报告生成

飞控软件在环（SIL）SIL基础

飞控代码的SIL测试、与HIL的衔接关系

快速控制原型（RCP）RCP

从Simulink模型到实时代码生成、RCP与HIL的闭环

Simulink实时仿真 Desktop Real-Time

Simulink Desktop Real-Time、Simulink Real-Time（xPC Target）配置

PX4/ArduPilot HIL 开源飞控

开源飞控的HIL模式配置、MAVLink协议在HIL中的使用

MATLAB/Simulink与飞控联合仿真代码生成

Simulink模型生成C代码、部署到飞控硬件

硬件平台搭建 Pixhawk/Speedgoat

飞控板（Pixhawk/Cube Orange）、仿真机（Speedgoat/工控机）、接线与供电

传感器数据注入 IMU注入

用HIL模拟IMU数据、通过UART/CAN注入飞控

执行器响应验证 PWM对比

HIL输出PWM控制舵机/电机、采集实际响应对比

姿态控制回路测试 PID调参

在HIL中测试角度/角速率PID控制器、调参方法

位置控制回路测试 GPS/航线

GPS位置保持、高度控制、航线跟踪的HIL验证

失效保护测试故障安全

GPS丢失、IMU故障、遥控器信号丢失等场景的HIL测试

实时性能分析延迟/抖动

HIL系统的延迟、抖动、吞吐量测量与优化

数据记录与分析后处理

HIL测试数据采集（时间戳/传感器/控制量）、MATLAB/Python后处理

HIL与MIL/SIL/PIL的关系 V模型

V模型开发流程中HIL的位置、各阶段衔接

DO-178C与HIL 适航认证

适航认证对HIL测试的要求、测试覆盖率与文档

多无人机HIL 编队协同

多机协同仿真、编队控制、通信仿真的HIL实现

HIL实验室建设设备/拓扑

设备选型、网络拓扑、安全规范、团队分工

综合实战项目完整验证

从需求分析到HIL测试完成一个完整的飞控系统验证项目