某近程小型無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)研究.pdf

1、 學(xué)校代碼：10406 分類號(hào)： V249.1 學(xué)號(hào)： 100430111020 南昌航空大學(xué) 南昌航空大學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 （專業(yè)學(xué)位研究生） 某近程小型無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)研究 某近程小型無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)研究 碩士研究

2、生： 黃 毅 導(dǎo) 師： 趙偉華 研究員 王琪 教授 申請學(xué)位級(jí)別：碩 士 學(xué)科、專業(yè)： 控制工程 所在單位： 信息工程學(xué)院 答辯日期： 2013 年 6 月 授予學(xué)位單位：南昌航空大學(xué) 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(shí)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(shí)時(shí)采集飛行狀態(tài)和大氣環(huán)境參數(shù)，結(jié)合

3、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(jì)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(diǎn)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(jì)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(jì)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(dòng)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

4、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(shí)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(jì)，包括單核最簡控制單元、存儲(chǔ)器電路、微慣性測量模塊、磁力計(jì)、氣壓高度計(jì)、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(jì)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(hào)調(diào)理放大電路可保證

5、切換信號(hào)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(jí)。另外利用片上系統(tǒng)可編程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(jì)思想完成底層各單元的驅(qū)動(dòng)流程設(shè)計(jì)，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(dòng)部分的應(yīng)用測試。