本文關(guān)鍵詞：小型無人機飛行控制與管理軟件設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著無人機用途日漸廣泛、功能日趨復(fù)雜，飛行環(huán)境充滿了不確定性和多變性，作為其核心的飛行控制與管理軟件對可靠性和實時性提出更為嚴格的要求。傳統(tǒng)的飛行控制與管理軟件設(shè)計方案已無法滿足無人機系統(tǒng)日益增長的性能需求，迫切需要引入實時多任務(wù)操作系統(tǒng)對飛行控制與管理軟件進行設(shè)計與管理。本文以VxWorks操作系統(tǒng)為核心，，設(shè)計開發(fā)了一套適用于小型無人機的飛行控制與管理軟件，在完成飛行控制和飛行管理功能的基礎(chǔ)上，著眼于軟件的實時性和可靠性設(shè)計，提高飛行控制與管理軟件的實時性和健壯性。 首先，根據(jù)飛行控制與管理軟件的功能需求，結(jié)合VxWorks操作系統(tǒng)特點提出軟件的總體設(shè)計方案，完成軟件的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計及功能模塊劃分，解決了VxWorks操作系統(tǒng)移植、設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)化封裝、驅(qū)動注冊等關(guān)鍵問題。 其次，在綜合考慮飛行控制與管理軟件功能和性能要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)了傳感器管理、故障管理、導(dǎo)航管理、控制管理、執(zhí)行機構(gòu)管理等功能模塊，并依據(jù)VxWorks多任務(wù)運行機制，完成了任務(wù)劃分、優(yōu)先級分配和任務(wù)間的交互設(shè)計。 再次，對FlightGear軟件包進行了二次開發(fā)，設(shè)計了飛行控制與管理系統(tǒng)與FlightGear的串行通信接口，實現(xiàn)了基于FlightGear內(nèi)置動力學(xué)模型驅(qū)動和基于仿真機數(shù)據(jù)驅(qū)動的兩種三維可視化仿真驗證方案。 最后，對軟件進行了性能測試，并完成了自主、指令、人工三種飛行模式下的半物理飛行仿真功能驗證，結(jié)果表明該飛行控制與管理軟件達到了最初的功能設(shè)計要求，具有良好的實時性和可靠性。
【關(guān)鍵詞】：小型無人機 飛行控制與管理軟件 VxWorks 實時性 FlightGear 可視化
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：V279;V249
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 注釋表14-15
• 第一章 緒論15-21
• 1.1 引言15
• 1.2 飛行控制與管理軟件開發(fā)方案15-17
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3.1 飛行控制與管理系統(tǒng)現(xiàn)狀17-18
• 1.3.2 VxWorks 操作系統(tǒng)使用現(xiàn)狀18-19
• 1.4 本文研究內(nèi)容以及章節(jié)安排19-21
• 第二章 飛行控制與管理軟件總體設(shè)計21-29
• 2.1 引言21
• 2.2 飛行控制與管理軟件需求分析21-23
• 2.2.1 功能分析21-22
• 2.2.2 性能分析22-23
• 2.3 飛行控制與管理系統(tǒng)組成23-24
• 2.4 飛行控制與管理軟件運行環(huán)境24-25
• 2.4.1 硬件平臺及資源分配24
• 2.4.2 軟件運行環(huán)境24-25
• 2.5 軟件架構(gòu)設(shè)計25-26
• 2.6 功能模塊劃分26-28
• 2.7 本章小結(jié)28-29
• 第三章 飛行控制與管理軟件運行環(huán)境設(shè)計29-38
• 3.1 引言29
• 3.2 操作系統(tǒng)層設(shè)計29-32
• 3.2.1 VxWorks 移植29-30
• 3.2.2 VxWorks 裁剪30
• 3.2.3 VxWorks 啟動優(yōu)化30-32
• 3.3 設(shè)備驅(qū)動層設(shè)計32-37
• 3.3.1 串口設(shè)備驅(qū)動設(shè)計34-36
• 3.3.2 字符設(shè)備驅(qū)動設(shè)計36-37
• 3.4 開發(fā)調(diào)試平臺構(gòu)建37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第四章 飛行控制與管理軟件功能模塊設(shè)計38-71
• 4.1 引言38
• 4.2 傳感器管理模塊設(shè)計38-44
• 4.2.1 數(shù)據(jù)采集38-39
• 4.2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理39-41
• 4.2.3 數(shù)據(jù)融合41-43
• 4.2.4 多源信息融合43-44
• 4.3 故障管理模塊設(shè)計44-56
• 4.3.1 故障分類44-45
• 4.3.2 故障定義45-46
• 4.3.3 故障檢測方法46-48
• 4.3.4 故障處置策略設(shè)計48-56
• 4.4 導(dǎo)航管理模塊設(shè)計56-64
• 4.4.1 自主導(dǎo)航模塊56-62
• 4.4.2 指令導(dǎo)航模塊62-64
• 4.4.3 人工導(dǎo)航模塊64
• 4.5 控制管理模塊設(shè)計64-66
• 4.5.1 縱向控制律64-65
• 4.5.2 橫側(cè)向控制律65-66
• 4.6 執(zhí)行機構(gòu)管理模塊設(shè)計66-67
• 4.7 人機交互管理模塊設(shè)計67-69
• 4.7.1 遙控接收模塊68
• 4.7.2 遙測發(fā)送模塊68-69
• 4.7.3 半雙工通信頻率保障策略69
• 4.8 本章小結(jié)69-71
• 第五章 飛行控制與管理軟件多任務(wù)調(diào)度設(shè)計71-82
• 5.1 引言71
• 5.2 多任務(wù)劃分71-73
• 5.2.1 任務(wù)劃分規(guī)則71
• 5.2.2 軟件任務(wù)劃分71-73
• 5.3 多任務(wù)實時調(diào)度策略73-74
• 5.3.1 VxWorks 任務(wù)調(diào)度算法73
• 5.3.2 軟件任務(wù)調(diào)度策略73-74
• 5.4 飛行控制與管理軟件任務(wù)優(yōu)先級分配74
• 5.5 飛行控制與管理軟件任務(wù)交互設(shè)計74-78
• 5.5.1 任務(wù)通信機制74-75
• 5.5.2 臨界資源保護75-77
• 5.5.3 任務(wù)同步與互斥設(shè)計77-78
• 5.6 飛行控制與管理軟件任務(wù)調(diào)度時序分析78-81
• 5.6.1 VxWorks 任務(wù)運行狀態(tài)78-79
• 5.6.2 飛行控制與管理軟件任務(wù)動態(tài)運行機制79-81
• 5.7 本章小結(jié)81-82
• 第六章 三維視景仿真驗證環(huán)境設(shè)計82-89
• 6.1 引言82
• 6.2 基于 FlightGear 動力學(xué)模型的視景仿真環(huán)境設(shè)計82-87
• 6.2.1 仿真環(huán)境設(shè)計82-83
• 6.2.2 通信協(xié)議的定制83-85
• 6.2.3 樣例無人機的屬性配置85-87
• 6.3 基于仿真機的視景仿真環(huán)境設(shè)計87-88
• 6.4 本章小結(jié)88-89
• 第七章 軟件測試與仿真驗證89-101
• 7.1 引言89
• 7.2 半物理飛行仿真環(huán)境實物連接圖89
• 7.3 飛行控制與管理軟件性能測試89-93
• 7.3.1 任務(wù)實時調(diào)度測試89-91
• 7.3.2 任務(wù)負荷測試91-93
• 7.3.3 任務(wù)堆棧使用情況93
• 7.4 飛行控制與管理軟件功能驗證93-100
• 7.4.1 人工導(dǎo)航功能驗證94
• 7.4.2 指令導(dǎo)航功能驗證94-96
• 7.4.3 自主導(dǎo)航功能驗證96-97
• 7.4.4 故障處置功能驗證97-100
• 7.5 本章小結(jié)100-101
• 第八章 總結(jié)與展望101-103
• 8.1 課題研究工作總結(jié)101-102
• 8.2 后續(xù)工作展望102-103
• 參考文獻103-106
• 致謝106-107
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文107

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉斌,高小鵬,陸民燕,阮鐮;嵌入式軟件可靠性仿真測試系統(tǒng)研究[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2000年04期

2 宋征宇;飛行控制軟件可靠性設(shè)計[J];導(dǎo)彈與航天運載技術(shù);1997年01期

3 屈薔;梅勁松;袁家斌;;小型無人機GPS自主導(dǎo)航算法的研究與實現(xiàn)[J];大眾科技;2006年03期

4 邱曉紅,廖芳;無人戰(zhàn)斗機飛行管理與控制技術(shù)研究[J];航空科學(xué)技術(shù);1999年02期

5 陳天華;郭培源;;小型無人機自主飛行控制系統(tǒng)的實現(xiàn)[J];航天控制;2006年05期

6 王偉;張聞乾;陳懷民;;基于VxWorks的無人機飛控系統(tǒng)軟件設(shè)計[J];制造業(yè)自動化;2008年04期

7 康鳳舉;段曉軍;吳成富;陳懷民;;基于VxWorks的無人機飛控計算機快速啟動導(dǎo)引技術(shù)研究[J];計算機測量與控制;2010年06期

8 張劍鋒;劉秉華;賈彩娟;;無人機的自動著陸控制[J];控制理論與應(yīng)用;2009年12期

9 顧冬雷,夏先明,高正;無人直升機飛控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報;2005年04期

10 邱鑫;林穎;王保保;;基于XML的嵌入式系統(tǒng)日志解決方案[J];計算機技術(shù)與發(fā)展;2009年05期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 鄭淑濤;飛行模擬機實時仿真管理系統(tǒng)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：小型無人機飛行控制與管理軟件設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：308108