当前位置:主页 > 科技论文 > 航空航天论文 >

基于DSP的小型无人直升机控制系统设计

发布时间:2019-03-01 14:56
【摘要】:近年来,随着惯性测量单元的微型化以及芯片计算能力的提高,小型无人直升机成为全球各大高校和学者研究的热点。它不但具有固定翼无人机的优点,还具有垂直起降、固定位悬停、侧向飞行以及原地转向等优点,不论在军事上还是民用上都有着不可替代的作用。而控制系统则是无人直升机完成各项任务的核心,因此本课题针对控制系统进行理论研究,内容主要分为主控模块硬件设计、软件设计以及控制算法这三大部分。在控制系统硬件设计方面,首先本课题选用具有高速时钟和丰富外围接口的DSP TMS320F2812作为核心处理器;然后结合姿态测量仪、超声波传感器、GPS模块、无线通信模块以及舵机模块构成小型无人直升机的硬件实验平台,并阐述各硬件模块的工作原理和通信方式;最后用Altium Designer软件进行F2812的电路设计并搭建该硬件平台。在控制系统软件设计方面,以硬件平台为基础,利用CCS6.0完成相应的软件设计。为了保证系统的实时性,设计采用中断的方式接收传感器及GPS采集的数据,并通过PWM接口输出信号,控制舵机舵面的偏转。在控制算法设计方面,为了保证控制系统高精度的设计要求,设计了一种基于Quasi-Min-Max的模型预测控制(MPC)器,并详细介绍了该控制器的基本结构、设计原理和控制规则等,然后通过求解LMI凸优化获得该控制器,最后代入小型无人直升机LPV模型,仿真结果表明,该控制算法可以很好的控制直升机的姿态,满足系统要求。研究表明,本课题所设计的方案能够完成基本的功能需求,而且具有一定的实用性,为后续的无人直升机控制系统的研发奠定了基础。
[Abstract]:In recent years, with the miniaturization of the inertial measurement unit and the increase of the computational power of the chip, the small unmanned helicopter has become the hot spot of the research of major universities and scholars in the world. It not only has the advantages of fixed-wing unmanned aerial vehicle, but also has the advantages of vertical take-off and landing, fixed position hover, lateral flight and in-situ steering. The control system is the core of the unmanned helicopter to complete the tasks, so the project is mainly divided into the hardware design of the main control module, the software design and the control algorithm. in that aspect of the hardware design of the control system, firstly, a DSP TMS320F2812 with a high-speed clock and a rich peripheral interface is used as a core processor, and then a posture measuring instrument, an ultrasonic sensor and a GPS module are combined, The wireless communication module and the steering engine module form a hardware experimental platform of a small unmanned helicopter, and the working principle and the communication mode of each hardware module are described; finally, the circuit design of the F2812 is carried out by using the Altium Designer software and the hardware platform is built. In the software design of the control system, the hardware platform is used as the foundation, and the corresponding software design is completed by using the CCS6.0. In order to ensure the real-time performance of the system, the data collected by the sensor and the GPS are received in an interrupted manner, and the signal is output through the PWM interface to control the deflection of the rudder surface of the steering engine. In order to ensure the high-precision design of control system, a model predictive control (MPC) based on Quasi-Min-Max is designed, and the basic structure, design principle and control rule of the controller are introduced in detail. Then the controller is obtained by solving the LMI convex optimization, and finally the small unmanned helicopter LPV model is substituted, and the simulation results show that the control algorithm can well control the attitude of the helicopter and meet the requirements of the system. The research shows that the scheme designed by the project can complete the basic functional requirements and has certain practicability, which lays the foundation for the research and development of the subsequent unmanned helicopter control system.
【学位授予单位】:黑龙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:V275.1;V249.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 徐明;刘泽坤;;欧洲无人直升机研发的新特点[J];直升机技术;2006年04期

2 徐明;刘泽坤;;欧洲无人直升机研发的新特点[J];航空科学技术;2008年06期

3 ;我首架无人直升机全权限自主试飞成功[J];科技与出版;2008年03期

4 王琦;刘勇;徐世录;;无人直升机的装备概况与发展[J];舰船电子工程;2009年01期

5 ;世界首例无人直升机放线[J];云南电力技术;2009年05期

6 贺天鹏;曾洪江;;无人直升机研制新进展[J];飞航导弹;2009年11期

7 ;香港科大与哈工大攻克小型无人直升机技术[J];国防制造技术;2009年04期

8 张栋;;基于互联网看国内无人直升机发展[J];西安航空技术高等专科学校学报;2011年05期

9 杨建东;;小型无人直升机在特高压线路架线中的应用探索[J];中国新技术新产品;2011年19期

10 刘刚;;山东省一次引进3架植保无人直升机[J];农药市场信息;2012年29期

相关会议论文 前10条

1 王冠林;史海庆;谭洪胜;夏慧;王宏;朱纪洪;;基于视觉导航的无人直升机自主着陆[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第七分册)[南京理工大学学报(增刊)][C];2009年

2 周洪波;裴海龙;贺跃帮;;基于模型预测和反步法的小型无人直升机分层控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年

3 易超;吴建德;王晓东;;基于自适应神经网络的无人直升机横航向控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

4 李坚强;裴海龙;刘馨;贺跃帮;陈勇;;小型无人直升机的混合系统建模与控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

5 韩建斌;李传伟;孙海松;章恒;周子敬;;无人直升机飞行控制系统设计报告[A];2004中国空中机器人大赛论文汇编[C];2004年

6 李宏伟;张晓林;聂振钢;张强;;一种小型无人直升机导航控制系统的设计[A];2005年中国智能自动化会议论文集[C];2005年

7 辛哲奎;方勇纯;张葛;申辉;;小型无人直升机云台跟踪控制系统实验平台设计[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

8 徐玉;童长飞;;一种适用于微型无人直升机的线性姿态融合算法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年

9 赵晓光;赵晓光;;基于视觉的小型无人直升机跟踪地面目标方法研究[A];第二届中国科学院博士后学术年会暨高新技术前沿与发展学术会议程序册[C];2010年

10 姜年朝;周光明;张逊;戴勇;张志清;;无人直升机复合材料旋翼桨叶研制[A];第十八届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];2010年

相关重要报纸文章 前10条

1 马晓毅;我国首架无人直升机全权限自主试飞成功[N];光明日报;2008年

2 吴霖平;江苏送变电无人直升机放绳试验成功[N];中国电力报;2009年

3 王永刚;首例无人直升机放线在湖北成功完成[N];国家电网报;2009年

4 徐凯 陈丹妮 刘嘉;江西利用无人直升机巡线[N];国家电网报;2010年

5 记者 张膺浩;沈阳造无人直升机巡检输电线路[N];沈阳日报;2011年

6 武俊鹏;山西:严打无证采矿将用无人直升机严密监控[N];经理日报;2008年

7 红华 邹平;扬州将造无人直升机[N];扬州日报;2012年

8 本报记者 张倩怡;两个年轻人研发世界领先无人直升机[N];北京日报;2013年

9 本报通讯员 江滨;直升机所:孵化无人直升机产业[N];中国航空报;2013年

10 张洋;美澳联手开发新型无后坐力枪炮[N];中国航空报;2007年

相关博士学位论文 前10条

1 孙文达;小型无人直升机非线性建模与控制研究[D];浙江大学;2014年

2 郭建川;小型无人直升机动态分析与非线性控制研究[D];天津大学;2014年

3 黄誉;无人直升机自主着舰关键技术研究[D];西北工业大学;2015年

4 冯伟;超小型无人直升机飞行姿态的鲁棒控制研究[D];上海大学;2009年

5 周洪波;小型无人直升机的建模与控制器设计[D];华南理工大学;2011年

6 郭润夏;基于非线性模型的无人直升机自动飞行控制方法研究[D];天津大学;2012年

7 贺跃帮;小型无人直升机鲁棒非线性控制研究[D];华南理工大学;2013年

8 唐帅;小型无人直升机非线性建模与控制系统设计[D];国防科学技术大学;2014年

9 王小青;无人直升机建模与控制技术研究[D];南京航空航天大学;2009年

10 杜建福;基于预测控制的小型无人直升机自主飞行研究[D];上海交通大学;2008年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘婉竹;不确定环境下无人直升机飞行控制方法研究[D];沈阳航空航天大学;2012年

2 吴毅彬;小型无人直升机路径规划设计与实现[D];华南理工大学;2013年

3 郑钊;无人直升机飞行控制及可视化飞行仿真平台的研究[D];电子科技大学;2015年

4 高虹;无人直升机稳定性飞行研究[D];贵州大学;2015年

5 张天航;无人直升机地面站信息管理系统软件的设计与实现[D];电子科技大学;2014年

6 李让荣;无人直升机控制方法研究及飞行模拟系统开发[D];电子科技大学;2014年

7 王森林;基于FPGA的小型无人直升机飞行控制系统设计与实现[D];南昌航空大学;2015年

8 雷春林;基于QNX的无人直升机控制平台设计[D];哈尔滨工业大学;2015年

9 王丹彤;基于ARM的超小型无人直升机飞控系统设计与实现[D];黑龙江大学;2015年

10 田忠;无人直升机传感器故障诊断与容错控制方法研究[D];南昌航空大学;2015年



本文编号:2432532

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/2432532.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户b4ad9***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com