基于S0PC的微型无人机飞行控制系统设计与实现

发布时间：2020-07-30 05:42

【摘要】：四旋翼无人机由于其独特的飞行性能,在军事和民用领域具有广泛的应用前景,目前已经成为国际上的研究热点。本文以四旋翼无人机为研究对象,研究了适用于它的导航和控制算法,并设计了基于SOPC的飞行控制系统。分析了四旋翼飞行器空气动力学特性和控制原理,并介绍了飞行控制系统的基本功能、基本原理和基本组成,从功能需求和性能要求出发,给出了飞行控制系统的总体设计方案、总体设计目标、硬件总体设计和软件总体设计。设计了以Cyclone Ⅱ系列EP2C8Q208C8N型号的FPGA芯片为主控器及其外围电路,主要从各模块的原理、元器件选型以及电路连接等方面,对传感器模块、无线通信模块、状态指示模块和伺服模块做了详细的设计,并完成PCB板制作和系统抗干扰设计。利用Quartus Ⅱ和SOPC Builder等软件构建基于FPGA芯片嵌入Nios Ⅱ软核处理器的SOPC系统,完成了Nios Ⅱ处理器与传感器模块、遥控接收机、无线通信模块、电机驱动模块等之间的接口程序,还设计了飞行管理模块软件,并详细介绍了MAVLi nk数据通信协议。在研究捷联惯性导航系统的基础上,提出了一种基于四元数扩展卡尔曼滤波器的无人机导航信息测量方案,将GPS、磁强计和气压高度计与捷联惯导系统通过扩展卡尔曼滤波器进行数据融合,得到姿态、速度和位置等导航信息,并通过实验验证了导航算法的有效性。在研究常规PID控制原理的基础上,提出了基于模糊控制原理的PID参数自整定控制器,将系统的偏差与偏差变化率作为模糊控制器的输入,输出PID控制器三个参数的变化量来实时调整PID参数,实现PID控制的智能化和非线性化。并通过实验验证了该控制算法的有效性。最后,对本文所设计的飞行控制系统进行软硬件调试与测试,并对传感器的误差进行校准,然后进行空中试飞,验证飞行控制系统软硬件与导航和控制算法的可靠性与可行性。
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249;V279
【图文】：

无人机开源项目ＭｉｋｒｏＫｏｐｔｅｒ逡逑ｔｅｒ是业界微小型四旋翼飞行控制系统开发的先驱者，目前最Ｃｔｒｌ邋Ｖ２．５，内置两个ＭＥＭＳ陀螺仪、一个Ｈ轴加速度计、气压主要采用Ｐ阻作为姿态和导航的控制律。支持手动遥控飞行、航迹点飞行和自动返航等飞行模式。如图１邋－４所示：逡逑图１－４邋Ｆｌｉ班ｔ邋Ｃｔｒｌ邋Ｖ２．５飞行控制器逡逑

图１－４邋Ｆｌｉ班ｔ邋Ｃｔｒｌ邋Ｖ２．５飞行控制器逡逑

疆创新公司最新开发的Ａ２飞行控制器逡逑公司针对多旋翼无人机而研发的工业级商用飞行控制器。也，通过主控器将ＩＭＵ、ＧＰＳ－ＣＯＭＰＡＳＳ邋ＰＲＯ、ＬＥＤ－ＢＴ－Ａ２系统，利用ＩＭＵ惯性导航，结合ＧＰＳ可进行定高定ＭＣＵ模块、ＧＰＳ模块、ＩＭＵ传感器模块、电源模块Ｗ并采用侣制外壳封装，极大减小各模块相互间的电磁干大幅提升传感精度与量程，并配Ｗ特殊减振设计与校准机动环境下稳定输出；内置接收机直接支持主流遥控设，加之丰富的输出接口，灵活的配置，赋予主控胜任复杂。如图１－６所示：逡逑Ｉ逦＞逡逑＼邋０逡逑＇邋＇邋‘逦‘’，资’简逡逑

【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 于晓洲;周凤岐;黄河;;基于SOPC技术的无人机飞控系统硬件平台设计[J];火力与指挥控制;2006年12期

2 陈欣,杨一栋,张民;一种无人机姿态智能PID控制研究[J];南京航空航天大学学报;2003年06期

3 郭世琮;;GPS:卫星导航时代的新宠[J];科学世界;2001年09期

相关硕士学位论文 前1条

1 金大鹏;四旋翼无人飞行器控制器的设计与实现[D];东北大学;2010年

本文编号：2775112