基于FPGA的小型无人直升机飞行控制系统设计与实现

发布时间：2017-12-02 19:26

  本文关键词：基于FPGA的小型无人直升机飞行控制系统设计与实现

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【摘要】：小型无人直升机用途十分广泛,在军事上,可用于制造虚拟目标、勘察敌情、打击敌人等;在民用上,主要用于高压线路检修、测绘、喷洒农药等。因此,近几年来,小型无人直升机受到越来越多的关注。因其难以操控,必须具有控制器才能自主飞行。本文以FPGA为控制核心器件,研究了小型飞行控制系统设计和实现问题,主要开展了以下几方面工作:1.根据国内外小型无人直升机飞行控制系统设计的研究现状,分析了小型无人直升机的起飞、悬停等状态,给出以FPGA为控制核心器件的小型无人直升机飞控系统总体设计方案。2.对采集的飞行数据应用最小二乘法拟合得出高度,俯仰角和翻滚角随控制量变化曲线。采用Z-N曲线的临界点法,得出了各通道PID参数值。针对小型无人直升机起飞依赖地面操控的问题,提出了一种高度与姿态同时控制自主起飞策略,降低了起飞难度。3.以FPGA为核心控制器件,制定了整体的硬件设计方案,包括最小单元控制板、系统电源、程序存储器、数据采集器等。针对其中舵机易受外部模拟信号干扰的问题,设计了独立的供电模块、信号隔离模块、手动自主切换模块。最后运用数据采集器,实现了飞行数据的实时采集。4.根据制定的硬件设计方案,进行相应的软件设计,包括SPI,UART,I2C与FPGA控制器的通信接口,FIFO数据缓存器、PWM信号编码器、PWM信号存储器等。其中,舵机控制采用PID算法。同时实现了小型无人直升机的自主起飞控制,并利用LabVIEW软件对小型无人直升机飞行进行3D动态实时检测、显示。验证了本课题的控制系统设计的正确性与有效性。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.1

【参考文献】

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本文编号：1246043