小型化飞行控制计算机设计与实现

发布时间：2017-04-14 12:11

  本文关键词：小型化飞行控制计算机设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 无人机飞行控制计算机是飞行控制系统的核心子系统,其硬件平台、软件平台作为飞行控制计算机的重要组成部分,对整个系统性能有着至关重要的影响。本文以某定型项目无人机为背景,对原有飞行控制计算机的硬件、软件进行改进设计,以适应飞行控制计算机小型化、高性能的发展趋势。 论文首先分别介绍飞行控制计算机硬件、软件的组成及国内外发展现状。接着以实验室为研究背景,指出硬件设计与软件设计存在的不足。基于传统栈接式PC104总线体系的硬件框架造成飞行控制计算机不易维护、不易小型化等问题;基于传统RTKernel实时内核的软件框架造成飞行控制计算机不易扩展、不易移植等问题。根据系统的性能指标、设计要求及通用化要求,提出插板式、小型化的硬件方案设计和基于μC/OS-II实时内核的软件方案设计。 文中阐述了沿用PC104总线构架、且仅使用3块插板的高集成度硬件设计,具体说明每一功能模块的接口电路设计,包括模拟量、离散量、串行通信、机箱、电磁兼容等设计。在原理设计及制板的基础上实现第一版小型化飞行控制计算机原理样机。通过一系列板级硬件测试及改进设计方案的提出,完成第二版的工程实现。此飞控计算机硬件平台可维护性好、体积更小、重量更轻、成本更低、通用化更好。软件设计基于已完成的硬件设计,包括硬件功能模块的相关驱动程序设计,以及基于μC/OS-II实时内核的飞控软件移植。具体分析μC/OS-II实时内核的移植原理,探讨实现整个飞控软件移植的相关技术。此飞控计算机软件平台实时性好、可移植性好、利于软件同步维护及扩展需求。 最后搭建半物理实时仿真系统,通过小型化飞行控制计算机、实时仿真设备及综合测试软件的相互通信,完成集成测试及仿真试验。对实验数据和结果进行分析、对比,论证了硬件设计方案、软件设计方案的可行性,验证了硬件设计、软件设计的正确性。实现本文的工程化目标。
【关键词】：无人机 飞行控制计算机 小型化 PC104总线 μC/OS-II内核 半物理实时仿真测试
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：V247.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-15
• 第一章 绪论15-27
• 1.1 引言15
• 1.2 飞行控制系统15-17
• 1.3 飞行控制计算机17-21
• 1.3.1 硬件组成17-18
• 1.3.2 软件组成18-19
• 1.3.3 硬件发展现状19-20
• 1.3.4 软件发展现状20-21
• 1.4 研究背景21-25
• 1.4.1 PC104 总线体系结构21-24
• 1.4.2 嵌入式软件实时内核24-25
• 1.5 论文章节安排25-27
• 第二章 小型化飞行控制计算机总体框架设计27-36
• 2.1 系统总体设计27-29
• 2.1.1 总体设计要求27-28
• 2.1.2 通用化设计28-29
• 2.2 硬件方案设计29-33
• 2.2.1 硬件资源需求29-30
• 2.2.2 硬件结构设计30-31
• 2.2.3 板卡方案设计31-33
• 2.3 软件方案设计33-35
• 2.3.1 飞控软件框架33-34
• 2.3.2 驱动程序设计34
• 2.3.3 软件移植设计34-35
• 2.4 小结35-36
• 第三章 小型化飞行控制计算机硬件设计36-54
• 3.1 复合插板设计36-42
• 3.1.1 CPU 模块背板设计37-38
• 3.1.2 扩展4 路DA 设计38-39
• 3.1.3 扩展8 路串口设计39-41
• 3.1.4 GPS 模块设计41-42
• 3.2 模拟插板设计42-47
• 3.2.1 AD 模块背板设计43
• 3.2.2 模拟量输入调理电路43-45
• 3.2.3 模拟量输出调理电路45
• 3.2.4 频率/电压转换电路45-47
• 3.3 离散插板设计47-50
• 3.3.1 离散量输入隔离电路47-48
• 3.3.2 离散量输出隔离电路48-49
• 3.3.3 电源转换模块设计49-50
• 3.4 底板设计50-51
• 3.5 机箱设计51-52
• 3.6 抗干扰性设计52-53
• 3.7 小结53-54
• 第四章 小型化飞行控制计算机硬件实现54-69
• 4.1 硬件实现54-60
• 4.1.1 第一版原理样机实现54-56
• 4.1.2 改进设计及再版实现56-58
• 4.1.3 硬件设计结果对比58-60
• 4.2 硬件测试60-68
• 4.2.1 板级测试概述60-61
• 4.2.2 模拟量板级测试61-63
• 4.2.3 离散量板级测试63-64
• 4.2.4 串行口板级测试64-65
• 4.2.5 F/V 变换电路测试65-67
• 4.2.6 遇到问题及解决办法67-68
• 4.3 小结68-69
• 第五章 小型化飞行控制计算机软件设计69-79
• 5.1 驱动程序设计69-72
• 5.1.1 模拟量驱动设计69-71
• 5.1.2 离散量驱动设计71
• 5.1.3 串行口驱动设计71-72
• 5.2 实时内核移植72-74
• 5.2.1 μC/OS-II 内核移植条件72
• 5.2.2 μC/OS-II 内核移植原理72-74
• 5.3 飞控软件移植74-78
• 5.3.1 飞控软件相关设计74-76
• 5.3.2 面向386EX 的移植76-77
• 5.3.3 面向486DX 的移植77-78
• 5.4 小结78-79
• 第六章 系统集成测试与仿真79-88
• 6.1 半物理实时仿真试验环境79-81
• 6.1.1 仿真试验系统结构79-80
• 6.1.2 地面综合测试软件80-81
• 6.2 集成测试与仿真81-87
• 6.2.1 模拟量集成测试81-84
• 6.2.2 离散量集成测试84-85
• 6.2.3 串行口集成测试85-86
• 6.2.4 系统仿真试验86-87
• 6.3 小结87-88
• 第七章 总结与展望88-90
• 7.1 本文工作总结88-89
• 7.2 后续工作展望89-90
• 参考文献90-92
• 致谢92-93
• 在学期间发表的论文93

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 曲晓雷;基于ARM-Linux的空中机器人嵌入式飞控系统实现研究[D];南京航空航天大学;2010年

2 徐文忠;某型无人机实时仿真系统设计与研究[D];南京航空航天大学;2010年

3 刘培强;小型无人直升机飞行控制软件及仿真系统的开发[D];南京航空航天大学;2010年

4 林申炬;航模陀螺的设计和飞行控制的实现[D];江苏科技大学;2011年

5 沈俊;直升机飞行控制实时仿真研究[D];南京航空航天大学;2011年

6 李俊;小型固定翼无人机飞行控制软件设计与开发[D];南京航空航天大学;2011年

7 胡剑华;基于ARM-Linux实时嵌入式飞行控制系统设计与实现[D];南京航空航天大学;2010年

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本文编号：305963