基于嵌入式技术的小型无人机飞行控制系统研究
发布时间：2020-12-10 17:37
小型固定翼无人机是一种灵巧轻便、成本低廉、安全易用的飞行器,在军事领域和民用领域都具有巨大的应用价值。随着小型无人机飞控任务的日趋复杂,传统低性能飞行控制系统和“裸机”开发方法已不能满足需要。本文提出一种基于ARM-Linux架构的飞行控制系统的嵌入式设计方法,研究基于嵌入式操作系统的多任务飞行控制系统的设计和实现。首先,分析了飞行控制系统的国内外研究现状和发展趋势,对现有的硬件方案和嵌入式操作系统进行了调研,确定了以ARM-Linux架构为基础的飞行控制系统设计方案。根据飞行控制系统功能要求以及软硬件设计需求,设计了飞行控制系统的总体方案,包括系统硬件平台和软件设计的基本结构和设计流程。为了实现飞行控制系统的功能需求,设计了基于高性能低功耗嵌入式处理器ARM Cortex-A9芯片IMX6Q的嵌入式飞行控制系统的硬件平台,其中包括飞控计算机、电源管理模块、PWM辅助模块、传感器模块、外部接口模块和其他外围模块。在搭建的硬件设计平台上,完成了嵌入式Linux操作系统的移植,并基于嵌入式Linux设计了多任务调度的飞行控制软件,包括对飞行控制系统软件的任务划分与优先级设计,根据多进程多线...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＡＰ５０和ＭＰ２０２８飞行控制系统??
?硕士学位论文??型号，目前包括ｉＦＬＹ４０?（图１．２所示），ｉＦＬＹ５０，?ｉＦＬＹ８０等。系统由导航，飞行控制模??块、舵机拓展板、用户模式拓展板等构成，相互之间通过ＣＡＮ总线进行通信，采用３ＣＵＰ??架构设计，内置ＭＩＭＵ、数字罗盘、高度计、ＧＰＳ模块、空速计等传感器。工作时，通??过捷联惯导算法实现姿态解算，采用ＰＩＤ控制律实现姿态和导航的精确控制。??图１．２北航ｉＦＬＹ４０系统??ＭＧＮＣ－３同样也是北航的一款小型无人机飞行控制系统［２（）］。ＭＧＮＣ－３整体尺寸为??１８０Ｘ７０Ｘ５３ｍｍ，质量为２５０ｇ，内部集成了?３片ＡＲＭ９微处理器，单片ＣＰＵ的运算速??度达２００ＭＩＰＳ。此外还集成了?ＩＭＵ、ＧＰＳ模块、磁罗盘和气压传感器，具备高性能、低??功耗的特点，其功耗为３．５Ｗ。采用高效的捷联算法和Ｋａｌｍａｎ滤波算法，能提供高精度??的姿态和航向数据。??除此之外，还有深圳大疆创新公司开发的Ａ２飞行控制器，以及北京零度智控公司??开发的ＧＥＭＩＮＩ?（双余度）飞行控制系统。这两者都是针对多旋翼无人机而开发的商业??飞行控制系统。值得一提的是
图２．１?Ｅｘｔｒａ－３００型无人机结构图??小型无人机主要由机身、控制舵和动力装置（螺旋桨）组成。机舱位于机身内部装载飞行控制系统和任务装置；控制舵包括升降舵（水平尾翼）、左右副翼和方其中左右副翼由两个舵机控制，做同幅度反方向的摆动，而其他舵面单独由舵机
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ARM的嵌入式机器人控制系统的设计[J]. 崔惠婷,陈蔚芳. 机械与电子. 2016(09)
[2]旋翼飞行机器人研究进展[J]. 谭建豪,王耀南,王媛媛,张艺巍,王楚,陈谢沅澧. 控制理论与应用. 2015(10)
[3]基于MS5611的小型无人机高度检测系统设计[J]. 潘银松,刘天刚,马泽忠,刘智华. 电子测量技术. 2015(07)
[4]一种新空速概念及计算方法[J]. 王许琳,赵忠. 测控技术. 2015(06)
[5]全球鹰无人机的升级及试验情况[J]. 陈晶,许军,吴微露,毛毅. 飞航导弹. 2015(05)
[6]微型飞行器空速计的设计与制作[J]. 王熙,何燕玲,汪艳,黎恒. 电子制作. 2015(01)
[7]当前嵌入式LINUX分析与应用[J]. 徐斌. 电子制作. 2015(02)
[8]小型无人机飞行控制系统硬件设计[J]. 都基焱,张振. 兵工自动化. 2014(09)
[9]基于DSP的无人机飞控系统的研究[J]. 潘银松,刘艳,王攀峰,刘天刚. 电子测量技术. 2014(07)
[10]2012年世界军用无人机发展动向及评述[J]. 张翼麟,张绍芳,李鹏飞. 飞航导弹. 2013(07)
硕士论文
[1]磁和车辆运动学辅助的车载导航技术研究[D]. 姜磊.南京理工大学 2017
[2]航拍用小型无人机的飞控系统算法的研究[D]. 黄奔.南京理工大学 2017
[3]基于S0PC的微型无人机飞行控制系统设计与实现[D]. 翁新武.长春工业大学 2015
[4]固定翼无人机飞行控制系统设计[D]. 王松涛.北京理工大学 2015
[5]一款用于森林防火的小型无人机设计[D]. 郭伟.南京航空航天大学 2015
[6]基于嵌入式Linux的ADXL345驱动程序设计[D]. 谢伟军.南京邮电大学 2015
[7]基于μC/OS-Ⅱ的小型固定翼无人机飞控系统的设计与实现[D]. 胡磊.电子科技大学 2014
[8]基于MEMS的小型无人机飞控系统研究[D]. 雍斌.南京理工大学 2014
[9]基于VxWorks和MPC565无人机飞行控制软件设计与开发[D]. 张培辉.南京航空航天大学 2012
[10]基于ARM9的嵌入式Linux系统的研究与应用[D]. 徐士强.南京邮电大学 2012
本文编号：2909098
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＡＰ５０和ＭＰ２０２８飞行控制系统??
?硕士学位论文??型号，目前包括ｉＦＬＹ４０?（图１．２所示），ｉＦＬＹ５０，?ｉＦＬＹ８０等。系统由导航，飞行控制模??块、舵机拓展板、用户模式拓展板等构成，相互之间通过ＣＡＮ总线进行通信，采用３ＣＵＰ??架构设计，内置ＭＩＭＵ、数字罗盘、高度计、ＧＰＳ模块、空速计等传感器。工作时，通??过捷联惯导算法实现姿态解算，采用ＰＩＤ控制律实现姿态和导航的精确控制。??图１．２北航ｉＦＬＹ４０系统??ＭＧＮＣ－３同样也是北航的一款小型无人机飞行控制系统［２（）］。ＭＧＮＣ－３整体尺寸为??１８０Ｘ７０Ｘ５３ｍｍ，质量为２５０ｇ，内部集成了?３片ＡＲＭ９微处理器，单片ＣＰＵ的运算速??度达２００ＭＩＰＳ。此外还集成了?ＩＭＵ、ＧＰＳ模块、磁罗盘和气压传感器，具备高性能、低??功耗的特点，其功耗为３．５Ｗ。采用高效的捷联算法和Ｋａｌｍａｎ滤波算法，能提供高精度??的姿态和航向数据。??除此之外，还有深圳大疆创新公司开发的Ａ２飞行控制器，以及北京零度智控公司??开发的ＧＥＭＩＮＩ?（双余度）飞行控制系统。这两者都是针对多旋翼无人机而开发的商业??飞行控制系统。值得一提的是
图２．１?Ｅｘｔｒａ－３００型无人机结构图??小型无人机主要由机身、控制舵和动力装置（螺旋桨）组成。机舱位于机身内部装载飞行控制系统和任务装置；控制舵包括升降舵（水平尾翼）、左右副翼和方其中左右副翼由两个舵机控制，做同幅度反方向的摆动，而其他舵面单独由舵机
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ARM的嵌入式机器人控制系统的设计[J]. 崔惠婷,陈蔚芳. 机械与电子. 2016(09)
[2]旋翼飞行机器人研究进展[J]. 谭建豪,王耀南,王媛媛,张艺巍,王楚,陈谢沅澧. 控制理论与应用. 2015(10)
[3]基于MS5611的小型无人机高度检测系统设计[J]. 潘银松,刘天刚,马泽忠,刘智华. 电子测量技术. 2015(07)
[4]一种新空速概念及计算方法[J]. 王许琳,赵忠. 测控技术. 2015(06)
[5]全球鹰无人机的升级及试验情况[J]. 陈晶,许军,吴微露,毛毅. 飞航导弹. 2015(05)
[6]微型飞行器空速计的设计与制作[J]. 王熙,何燕玲,汪艳,黎恒. 电子制作. 2015(01)
[7]当前嵌入式LINUX分析与应用[J]. 徐斌. 电子制作. 2015(02)
[8]小型无人机飞行控制系统硬件设计[J]. 都基焱,张振. 兵工自动化. 2014(09)
[9]基于DSP的无人机飞控系统的研究[J]. 潘银松,刘艳,王攀峰,刘天刚. 电子测量技术. 2014(07)
[10]2012年世界军用无人机发展动向及评述[J]. 张翼麟,张绍芳,李鹏飞. 飞航导弹. 2013(07)
硕士论文
[1]磁和车辆运动学辅助的车载导航技术研究[D]. 姜磊.南京理工大学 2017
[2]航拍用小型无人机的飞控系统算法的研究[D]. 黄奔.南京理工大学 2017
[3]基于S0PC的微型无人机飞行控制系统设计与实现[D]. 翁新武.长春工业大学 2015
[4]固定翼无人机飞行控制系统设计[D]. 王松涛.北京理工大学 2015
[5]一款用于森林防火的小型无人机设计[D]. 郭伟.南京航空航天大学 2015
[6]基于嵌入式Linux的ADXL345驱动程序设计[D]. 谢伟军.南京邮电大学 2015
[7]基于μC/OS-Ⅱ的小型固定翼无人机飞控系统的设计与实现[D]. 胡磊.电子科技大学 2014
[8]基于MEMS的小型无人机飞控系统研究[D]. 雍斌.南京理工大学 2014
[9]基于VxWorks和MPC565无人机飞行控制软件设计与开发[D]. 张培辉.南京航空航天大学 2012
[10]基于ARM9的嵌入式Linux系统的研究与应用[D]. 徐士强.南京邮电大学 2012
本文编号：2909098
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