基于Arm-Linux的四轴飞行器协调控制系统的设计

发布时间：2017-04-02 11:01

  本文关键词：基于Arm-Linux的四轴飞行器协调控制系统的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：四轴飞行器近年来在无人机领域广受欢迎,现有的四轴飞控系统大多数是基于单片机或者普通架构CPU的无限循环单任务系统,当多架无人机同时飞行需要协调控制时,处理器所需处理的数据信息量大、任务多,单靠定时中断来调度任务无法保证实时性。针对该问题并结合整个飞控系统的任务要求,本文提出并设计制作了基于Arm-Linux的一主多从的多机协调控制系统,主机基于嵌入式ARM11架构处理器并搭载实时嵌入式操作系统,从机采用ARM Cortex-M4架构处理器,在保证实时性要求的同时又能降低整套系统的成本。该飞控系统主机以s3c6410为主控核心,采用Linux操作系统作为s3c6410软件开发平台,从机用STM32作为控制核心,多机间基于2.4G无线通讯模块NRF24L01进行信息交互。由于对Linux的支持,使得整套飞控系统的实时性和任务扩展性得到了极大的提升。飞控系统硬件方面主要完成遥测传感、主从机无线通讯、电执行机构、定位导航等模块的设计和调试。飞控系统软件方面主要完成主机飞控基于Linux-3.0.1的飞控版的各种传感器、GPS串口接收等底层硬件驱动设计,主从机飞控的传感器信号采集、姿态解算、路径规划、电机控制、无线信号收发等飞控应用程序设计。整套软硬件设计在保证可靠性的同时兼顾了可扩展性,为后续的功能开发和任务拓展提供了完善的软硬件平台。本文最后对系统可行性和稳定性进行相关的测试验证。测试内容主要包括飞控的传感检测、姿态解算、定点定高悬停、gps辅助飞控导航、电执行机构控制、主从机间无线通讯。由于本研究处于该研究领域的前沿,其研究结果对无人机在军事和民用领域的发展具有参考意义。
【关键词】：ARM Linux 飞行器 NRF24L01无线通讯
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题研究背景与意义8-9
• 1.2 国内外飞控系统的发展现状与趋势9-11
• 1.2.1 国外研究现状9-10
• 1.2.2 国内研究现状10-11
• 1.2.3 发展趋势11
• 1.3 多飞行器协调控制技术的发展与意义11-12
• 1.4 课题主要研究内容12-14
• 2 基于ARM-Linux协调飞控系统总体设计14-19
• 2.1 系统关键技术14-16
• 2.1.1 嵌入式系统14-15
• 2.1.2 ARM15-16
• 2.1.3 2.4G无线通讯技术16
• 2.2 飞控系统技术指标16-17
• 2.3 控制系统总体方案设计17-18
• 2.4 本章小结18-19
• 3 控制系统硬件设计19-32
• 3.1 飞控计算机单元19-22
• 3.1.1 主机飞控系统计算机19-21
• 3.1.2 从机飞控系统计算机21-22
• 3.2 传感器单元22-26
• 3.2.1 加速度计和陀螺仪22-23
• 3.2.2 电子罗盘23-24
• 3.2.3 气压计24-25
• 3.2.4 超声波模块25
• 3.2.5 GPS导航定位模块25-26
• 3.3 数据链路单元26-29
• 3.3.1 PC机和主从机26-27
• 3.3.2 主机和地面站27-28
• 3.3.3 主机和从机协调控制28-29
• 3.4 执行机构29-30
• 3.5 任务设备模块30-31
• 3.6 实物图31
• 3.7 本章小结31-32
• 4 基于Linux的主机飞控软件平台的搭建32-47
• 4.1 嵌入式Linux系统构建32-38
• 4.1.1 开发环境搭建32-34
• 4.1.2 嵌入式Linux系统移植34-38
• 4.2 主机飞控板载设备驱动程序设计38-45
• 4.2.1 IIC接口设备39-41
• 4.2.2 SPI接口设备41-44
• 4.2.3 PWM信号设备44-45
• 4.3 设备驱动测试45-46
• 4.4 本章小结46-47
• 5 飞控软件算法设计47-65
• 5.1 主机飞控系统软件设计47-53
• 5.1.1 主机飞控任务的划分47-49
• 5.1.2 任务优先级的安排49-50
• 5.1.3 多任务多线程的实现50-51
• 5.1.4 任务的调度分析51-52
• 5.1.5 主机飞控基于多任务多线程软件设计52-53
• 5.2 从机飞控系统软件设计53-54
• 5.3 飞控软件的核心算法54-63
• 5.3.1 四轴飞行器的基本飞行原理54-55
• 5.3.2 姿态解算55-57
• 5.3.3 执行机构PID控制57-58
• 5.3.4 导航模块算法58-60
• 5.3.5 主从机无线通讯60-61
• 5.3.6 传感数据的滤波处理61-63
• 5.4 本章小结63-65
• 6 飞控系统测试与实验65-77
• 6.1 飞控系统基本性能测试65-73
• 6.1.1 姿态解算测试65-67
• 6.1.2 超声波测距模块测试67-68
• 6.1.3 飞控系统和地面站通讯测试68-70
• 6.1.4 主从机协调通讯测试70
• 6.1.5 导航测试70-72
• 6.1.6 执行机构控制72-73
• 6.2 飞行器飞行试验73-76
• 6.3 本章小结76-77
• 7 总结和展望77-78
• 7.1 本文主要完成的工作77
• 7.2 不足和展望77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-83
• 附录A 主从飞控PCB板图和主从机实物图83-84

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3 谢振华,范训礼,曲建岭,王磊,耿昌茂;飞控系统模糊控制器设计及稳定性分析[J];飞行力学;2000年02期

4 张平,陈宗基;非线性飞控系统的控制可重构性[J];飞机设计;2001年03期

5 罗峰,王绍光,罗峰,李响,邓建华;变结构可重构飞控系统研究[J];西北工业大学学报;2002年02期

6 唐志勇,王占林;任务管理式新型余度飞控系统的研究[J];系统仿真学报;2002年05期

7 唐志勇,王占林,裘丽华;任务管理式冗余飞控系统的可靠性分析[J];系统仿真学报;2002年11期

8 涂延军,梁工谦;基于主成分分析的飞控系统研制费用估算[J];机械科学与技术;2003年S2期

9 陈云霞,段朝阳;飞控系统最坏情况分析方法研究[J];航空学报;2005年05期

10 黄宜军,章卫国,刘小雄;小波神经网络在飞控系统辨识中的应用研究[J];计算机应用;2005年05期

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1 于维倩;姜斌;刘剑慰;;非线性飞控系统鲁棒故障诊断[A];2009年中国智能自动化会议论文集（第二分册）[C];2009年

2 李志国;张平;;飞控系统中的光传总线技术应用研究[A];中国航空学会控制与应用第十二届学术年会论文集[C];2006年

3 张翔伦;李哲;;基于适航标准的飞控系统设计要求分析[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年

4 曹丹青;张毅;;某型飞机飞控系统模拟试验数据采集处理系统的设计[A];2008年航空试验测试技术峰会论文集[C];2008年

5 周成;刘鲁玉;傅亮;;质量管理在飞控系统全寿命周期的实践运用[A];使命与责任—以质量方法促转型升级——第五届中国质量学术与创新论坛论文集（下）[C];2012年

6 李洁;姜斌;刘春生;;基于神经网络模糊观测器的飞控系统故障诊断和故障调节[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

7 李哲;;大型运输机飞控系统可靠性设计技术分析[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年

8 王维安;李梓衡;;飞控系统稳定裕量试验分析研究[A];面向航空试验测试技术——2013年航空试验测试技术峰会暨学术交流会论文集[C];2013年

9 孙亮;张平;;飞控系统中的混合实时网络技术应用研究[A];中国航空学会控制与应用第十二届学术年会论文集[C];2006年

10 牟瑾刚;;某型飞机飞控系统设计状态创新管理[A];2013年中国航空学会管理科学分会学术会议论文集[C];2013年

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1 杨兴根 陈华东;敢立潮头写风流[N];中国航空报;2005年

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4 马显超;ARJ21飞机主飞控系统铁鸟试验完成阶段任务[N];中国航空报;2007年

5 张杰伟　杨柳;航空赤子心[N];中国航空报;2011年

6 朱述才　田涛 杨柳;天高任你飞 品质由我控[N];中国航空报;2012年

7 本报记者 高柱 本报通讯员 彭文晶 李文波;创造不凡的航空赤子[N];工人日报;2005年

8 本报记者 付毅飞　何晓亮;恶劣天气影响飞控系统 测速仪稳定性有待提高[N];科技日报;2009年

9 邓莉娜;拓宽路子 加速发展[N];中国航空报;2001年

10 通讯员　李常明　任培林;飞行导航与控制系统有了“专科医生”[N];光明日报;2002年

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1 黄宜军;小波神经网络及其在飞控系统中的应用研究[D];西北工业大学;2006年

2 刘兴华;飞行控制系统数字化设计技术研究[D];南京航空航天大学;2011年

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1 刘强;基于CCPM模式的油动直升机飞控系统的研制[D];西京学院;2015年

2 祁建;基于Arm-Linux的四轴飞行器协调控制系统的设计[D];南京理工大学;2015年

3 金益辉;光传飞控系统实现技术研究[D];南京航空航天大学;2007年

4 罗天成;飞控系统虚拟仿真平台的研究与设计[D];电子科技大学;2012年

5 黄楷;飞控系统供电状态综合测试平台方案设计[D];哈尔滨工业大学;2012年

6 施孟佶;飞控系统机载代码静态安全检测系统的研究与开发[D];电子科技大学;2011年

7 施建荣;飞控系统机械部件设计与动力学仿真研究[D];南京航空航天大学;2010年

8 王静;飞控系统故障诊断技术研究及软件开发[D];西北工业大学;2007年

9 陈业朋;3F技术在无人机飞控系统上的应用[D];电子科技大学;2010年

10 焦振双;飞控系统传动部件参数化设计研究[D];南京航空航天大学;2009年

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本文编号：282348