本文關(guān)鍵詞：某近程小型無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近程小型無人機(jī)(Short-range Unmanned Areial Vehicle)在軍民領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛，逐漸成為名副其實的“尖兵之翼”。飛行控制系統(tǒng)作為無人機(jī)的控制中心，負(fù)責(zé)實時采集飛行狀態(tài)和大氣環(huán)境參數(shù)，結(jié)合地面控制信息，解算控制律使舵機(jī)/油門完成姿態(tài)和軌跡調(diào)整，從而完成相應(yīng)戰(zhàn)術(shù)任務(wù)。因此，研究設(shè)計一款針對靜穩(wěn)定性較高的通用無人機(jī)飛控系統(tǒng)具有較強(qiáng)的工程意義。 在研究現(xiàn)有飛控系統(tǒng)組成特點和功能特性的基礎(chǔ)上，本文以常規(guī)固定翼無人機(jī)為樣本，對其工作原理及控制器設(shè)計架構(gòu)展開預(yù)研，并根據(jù)預(yù)設(shè)任務(wù)需求和設(shè)計指標(biāo)確定一種以雙片上系統(tǒng)芯片為核心的飛控系統(tǒng)的整體方案。雙核架構(gòu)可滿足該型無人機(jī)在不做大機(jī)動飛行情況下的一般性飛行任務(wù)，并為進(jìn)一步改進(jìn)預(yù)留了足夠的空間。 硬件上選用塞普拉斯公司PSoC3系列的CY8C3866AXI-040分別作為主協(xié)處理器，負(fù)責(zé)飛控和導(dǎo)航功能的實現(xiàn)。在此架構(gòu)的基礎(chǔ)上完成器件選型及外圍接口電路硬件設(shè)計，包括單核最簡控制單元、存儲器電路、微慣性測量模塊、磁力計、氣壓高度計、GPS導(dǎo)航單元、電源模塊、數(shù)據(jù)通信鏈路等，其中遙控/手控部分的設(shè)計需保證其可靠性，因此除片外積分濾波電路外，通過配置PSoC3片內(nèi)PGA、Comp等組件搭建的信號調(diào)理放大電路可保證切換信號的快速響應(yīng)。電源利用四片區(qū)電壓域Vddiox供給自主的原則，按照接口資源合理性分配不同的電壓等級。另外利用片上系統(tǒng)可編程的結(jié)構(gòu)特點，能夠快速構(gòu)建通用接口，，方便外部設(shè)備擴(kuò)展。 在軟件結(jié)構(gòu)上，采用模塊化設(shè)計思想完成底層各單元的驅(qū)動流程設(shè)計，并根據(jù)任務(wù)調(diào)度和決策管理，對捷聯(lián)慣導(dǎo)姿態(tài)模塊及航向角算法進(jìn)行分析，完成速度、位置、姿態(tài)等數(shù)據(jù)量的解析。最終利用單核最簡板完成傳感器數(shù)據(jù)采集、GPS導(dǎo)航模塊測試、伺服驅(qū)動部分的應(yīng)用測試。 此外，在原型機(jī)基礎(chǔ)上采取解耦線性化手段建立了小型無人機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并利用PID控制和Matlab中的SRO優(yōu)化軟件包對無人機(jī)縱向和橫側(cè)向回路進(jìn)行控制律設(shè)計。仿真結(jié)果驗證了控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，具有較好的應(yīng)用意義。
【關(guān)鍵詞】：無人機(jī) 飛行控制系統(tǒng) PSoC3 控制律設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目錄6-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 無人機(jī)概述9
• 1.2 無人機(jī)及飛行控制系統(tǒng)發(fā)展歷程9-13
• 1.2.1 國內(nèi)外無人機(jī)發(fā)展?fàn)顩r9-11
• 1.2.2 飛行控制系統(tǒng)研究狀況11-12
• 1.2.3 無人機(jī)未來發(fā)展趨勢12-13
• 1.3 課題研究目的及意義13
• 1.4 主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排13-15
• 1.4.1 論文主要研究內(nèi)容13-14
• 1.4.2 論文結(jié)構(gòu)編排14-15
• 第2章 無人機(jī)飛控系統(tǒng)總體方案設(shè)計15-27
• 2.1 AFCS整體設(shè)計流程15-18
• 2.1.1 飛行控制系統(tǒng)設(shè)計步驟15
• 2.1.2 試驗樣機(jī)簡介15-16
• 2.1.3 飛行控制系統(tǒng)基本原理16-17
• 2.1.4 FCS組成結(jié)構(gòu)和功能17-18
• 2.2 控制器方案預(yù)研18-20
• 2.2.1 微處理器選型方案19-20
• 2.2.2 外圍器件選型方案20
• 2.3 機(jī)載傳感器20-25
• 2.3.1 微慣性測量模塊20-22
• 2.3.2 磁航向傳感器22-23
• 2.3.3 氣壓傳感器23-24
• 2.3.4 GPS接收機(jī)24-25
• 2.4 伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)25
• 2.5 數(shù)據(jù)鏈路選型方案25-26
• 2.6 本章小結(jié)26-27
• 第3章 飛控計算機(jī)機(jī)載硬件平臺的設(shè)計27-42
• 3.1 飛控系統(tǒng)硬件實現(xiàn)框架27-33
• 3.1.1 基于PSoC3 的最簡控制單元28-30
• 3.1.2 擴(kuò)展存儲器電路30-33
• 3.2 電源模塊設(shè)計33-34
• 3.3 機(jī)載傳感器接口電路34-35
• 3.4 GPS接口電路35
• 3.5 輔助接口電路設(shè)計35-37
• 3.5.1. 串行通信接口35-36
• 3.5.2 片上A/D采集電路36-37
• 3.6 數(shù)據(jù)鏈切換策略37-39
• 3.6.1 飛行過程特征分析37
• 3.6.2 切換控制電路37-39
• 3.7 伺服驅(qū)動控制電路39-40
• 3.8 電路設(shè)計若干注意事項40-41
• 3.9 本章小結(jié)41-42
• 第4章 飛控系統(tǒng)軟件開發(fā)與測試42-63
• 4.1 Creator2.0 開發(fā)環(huán)境介紹42-43
• 4.2 飛控計算機(jī)軟件總體設(shè)計43-46
• 4.2.1 軟件總體設(shè)計43-44
• 4.2.2 外設(shè)接口數(shù)據(jù)流44-45
• 4.2.3 主程序流程圖45-46
• 4.3 雙核通信驅(qū)動設(shè)計46-47
• 4.4 基于I2C總線的傳感器數(shù)據(jù)采集47-53
• 4.4.1 I2C總線協(xié)議模式47-49
• 4.4.2 IMU模塊數(shù)據(jù)采集49-50
• 4.4.3 磁航向數(shù)據(jù)采集50-51
• 4.4.4 高度數(shù)據(jù)采集51-53
• 4.5 傳感器數(shù)據(jù)處理53-56
• 4.5.1 四元數(shù)法解算捷聯(lián)姿態(tài)53-55
• 4.5.2 航向角數(shù)據(jù)融合55-56
• 4.6 GPS導(dǎo)航模塊測試56-58
• 4.6.1 GPS數(shù)據(jù)包解析及程序設(shè)計56-57
• 4.6.2 GPS定位性能測試57-58
• 4.7 伺服驅(qū)動測試58-62
• 4.7.1 舵機(jī)控制測試58-60
• 4.7.2 無刷電機(jī)測試60-61
• 4.7.3 遙控/程控切換測試61-62
• 4.8 本章小結(jié)62-63
• 第5章 小型無人機(jī)控制律設(shè)計及仿真63-77
• 5.1 小型無人機(jī)數(shù)學(xué)模型63-68
• 5.1.1 參考坐標(biāo)系及假設(shè)條件63
• 5.1.2 無人機(jī)運動方程組63-66
• 5.1.3 小型無人機(jī)解耦及線性化66-68
• 5.2 PID控制原理及特性分析68-69
• 5.3 小型無人機(jī)控制律設(shè)計69-74
• 5.3.1 縱向控制律設(shè)計70-71
• 5.3.2 橫側(cè)向控制律設(shè)計71-74
• 5.4 控制律仿真74-76
• 5.4.1 縱向回路仿真結(jié)果74-75
• 5.4.2 橫側(cè)向回路仿真結(jié)果75-76
• 5.5 本章小結(jié)76-77
• 第6章 總結(jié)與展望77-79
• 6.1 總結(jié)77-78
• 6.2 展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-82
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文情況82-83
• 致謝83-84
• 附錄84-87

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：某近程小型無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：399222