本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的嵌入式飛行控制器設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 無(wú)人直升機(jī) 飛行控制器 FPGA PID 飛行試驗(yàn)

【摘要】：飛行控制器作為無(wú)人飛行器的“大腦”,對(duì)無(wú)人飛行器的飛行品質(zhì)起絕對(duì)性作用,一直是航空控制領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,嵌入式處理器性能不斷提升,各種嵌入式處理器逐漸應(yīng)用于飛行控制器的設(shè)計(jì)。本文采用理論分析和實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合的方法,實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的嵌入式飛行控制器設(shè)計(jì)。首先,對(duì)搭載FPGA嵌入式飛行控制器的無(wú)人直升機(jī)飛行平臺(tái)進(jìn)行了機(jī)載飛行控制系統(tǒng)總體分析和設(shè)計(jì),包括組合導(dǎo)航設(shè)備的選型、飛行器執(zhí)行機(jī)構(gòu)和動(dòng)力裝置的選用、機(jī)載電源系統(tǒng)的構(gòu)建以及地面控制系統(tǒng)的配置等。其次,對(duì)嵌入式飛行控制器硬件系統(tǒng)進(jìn)行了功能需求分析,在此基礎(chǔ)上完成了外圍接口電路設(shè)計(jì)、核心模塊電路設(shè)計(jì)、電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、FPGA相關(guān)功能IP核設(shè)計(jì)和FPGA飛行控制器整體架構(gòu)的搭建。根據(jù)嵌入式飛行控制器軟件功能需求,以PID控制算法為基礎(chǔ),構(gòu)建了姿態(tài)角回路、軌跡回路、高度回路的控制律模型,以內(nèi)、外回路控制結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的飛行控制律實(shí)現(xiàn)飛行器多模態(tài)飛行控制,改善和提高飛行器的穩(wěn)定性、操縱性及飛行品質(zhì),增強(qiáng)飛行安全性。然后在μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了控制器軟件系統(tǒng),FPGA飛行控制器的軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件是開(kāi)發(fā)和運(yùn)行應(yīng)用軟件的平臺(tái);應(yīng)用軟件是實(shí)現(xiàn)FPGA飛行控制器數(shù)據(jù)通信模塊和飛行控制律模塊的主體。最后,通過(guò)姿態(tài)角控制回路和高度控制回路的試飛,對(duì)本文所設(shè)計(jì)的基于FPGA的嵌入式飛行控制器進(jìn)行了綜合驗(yàn)證,并對(duì)飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行了記錄和分析,證明了本文所設(shè)計(jì)的基于FPGA的嵌入式飛行控制器的可行性。
【關(guān)鍵詞】：無(wú)人直升機(jī) 飛行控制器 FPGA PID 飛行試驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V279;V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注釋表12-13
• 第一章 緒論13-18
• 1.1 研究背景13
• 1.2 研究目的13-15
• 1.3 嵌入式飛行控制器研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4 本文核心和主要工作16
• 1.5 本文章節(jié)安排16-18
• 第二章 機(jī)載飛行控制系統(tǒng)總體架構(gòu)18-26
• 2.1 引言18
• 2.2 飛行器平臺(tái)18-19
• 2.3 組合導(dǎo)航設(shè)備及傳感器19-21
• 2.3.1 慣性參考模塊19-20
• 2.3.2 差分GPS20-21
• 2.3.3 高度測(cè)量模塊21
• 2.4 飛行器執(zhí)行機(jī)構(gòu)和動(dòng)力裝置21-22
• 2.4.1 舵機(jī)21
• 2.4.2 電機(jī)及電子調(diào)速器21-22
• 2.5 無(wú)線通訊模塊22-23
• 2.6 機(jī)載電源系統(tǒng)23
• 2.7 地面控制系統(tǒng)23-25
• 2.7.1 地面控制站23-24
• 2.7.2 人工操縱設(shè)備24-25
• 2.8 本章小結(jié)25-26
• 第三章 飛行控制器硬件系統(tǒng)26-50
• 3.1 引言26
• 3.2 硬件系統(tǒng)功能需求26-27
• 3.3 外圍接口電路27-30
• 3.3.1 電源轉(zhuǎn)換模塊電路27-28
• 3.3.2 數(shù)字量輸入輸出模塊電路28-29
• 3.3.3 通信模塊電路29-30
• 3.4 核心模塊電路30-35
• 3.4.1 SRAM存儲(chǔ)電路31
• 3.4.2 SDRAM存儲(chǔ)電路31-32
• 3.4.3 FLASH存儲(chǔ)電路32-33
• 3.4.4 EPCS存儲(chǔ)電路33
• 3.4.5 鐵定存儲(chǔ)器電路33-34
• 3.4.6 時(shí)鐘電路34-35
• 3.5 電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)35-38
• 3.5.1 電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件35-37
• 3.5.2 電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件37-38
• 3.6 FPGA相關(guān)功能IP核38-44
• 3.6.1 PWM波捕獲IP核39-40
• 3.6.2 PWM波輸出IP核40-42
• 3.6.3 串口接收IP核42-43
• 3.6.4 串口發(fā)送IP核43-44
• 3.7 FPGA飛行控制器44-49
• 3.8 本章小結(jié)49-50
• 第四章 飛行控制律模型50-63
• 4.1 引言50
• 4.2 坐標(biāo)系50-52
• 4.2.1 常用坐標(biāo)系50-51
• 4.2.2 坐標(biāo)變換51-52
• 4.3 無(wú)人直升機(jī)操縱分配52-54
• 4.4 姿態(tài)角回路控制律模型54-58
• 4.4.1 俯仰角回路控制律模型54-55
• 4.4.2 滾轉(zhuǎn)角回路控制律模型55-57
• 4.4.3 偏航角回路控制律模型57-58
• 4.5 軌跡回路控制律模型58-61
• 4.5.1 縱向軌跡回路控制律模型59-60
• 4.5.2 橫向軌跡回路控制律模型60-61
• 4.6 高度回路控制律模型61-62
• 4.7 本章小結(jié)62-63
• 第五章 控制器軟件系統(tǒng)63-70
• 5.1 引言63
• 5.2 系統(tǒng)軟件63-64
• 5.2.1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境63
• 5.2.2 操作系統(tǒng)63-64
• 5.3 輔控制器軟件64-67
• 5.3.1 輔控制器IP核驅(qū)動(dòng)64-66
• 5.3.2 輔控制器應(yīng)用任務(wù)66-67
• 5.4 主控制器軟件67-69
• 5.4.1 主控制器IP核驅(qū)動(dòng)67-68
• 5.4.2 主控制器應(yīng)用任務(wù)68-69
• 5.5 本章小結(jié)69-70
• 第六章 試飛驗(yàn)證70-74
• 6.1 靜態(tài)測(cè)試70
• 6.2 系留試飛70-71
• 6.3 飛行試驗(yàn)及結(jié)果71-73
• 6.4 本章小結(jié)73-74
• 第七章 工作總結(jié)與展望74-76
• 7.1 研究工作總結(jié)74-75
• 7.2 工作不足與展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-78
• 致謝78-79
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文79

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 康國(guó)華;夏青;成婧;;基于SoPC的微小衛(wèi)星姿軌控計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2013年06期

2 賴水清;陳傳琪;張思;單俊杰;;無(wú)人直升機(jī)自主飛行控制技術(shù)[J];直升機(jī)技術(shù);2013年02期

3 俞吉波;孔雪;鄭哲;祝永新;付宇卓;;FPGA實(shí)際可用性評(píng)估與發(fā)展趨勢(shì)分析[J];計(jì)算機(jī)工程;2011年13期

4 趙宇博;張小林;范力思;;基于SOPC的飛行器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)[J];計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制;2010年09期

5 胡云峰;陳虹;劉明星;許芳;;基于FPGA/SOPC的預(yù)測(cè)控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2010年06期

6 朱華勇;牛軼峰;沈林成;張國(guó)忠;;無(wú)人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J];國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào);2010年03期

7 陳遠(yuǎn)炫;裴海龍;陳勇;;小型無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì);2010年10期

8 石新峰;牟光臣;;基于NiosⅡ的自定制PWM模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];河南科技學(xué)院學(xué)報(bào);2009年03期

9 田翔;周凡;陳耀武;劉莉;陳耀;;基于以太網(wǎng)的多FPGA矩陣乘法并行計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)(英文)[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2007年08期

10 于曉洲;周鳳岐;黃河;;基于SOPC技術(shù)的無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)[J];火力與指揮控制;2006年12期

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本文編號(hào)：1126190