小型无人机制导与控制半物理仿真系统研究与设计
发布时间：2023-03-22 23:46
导航制导与控制是小型无人机完成目标侦察、导航定位、航迹规划、目标攻击等各项作战任务的重要保障。作为小型无人机重要功能之一,自主制导与控制是其完成既定任务的坚实保障。控制系统的高效执行可为飞行仿真实验提供更加精确有效的数据参考,为飞行器的设计与研发提供可靠的依据与研发保证。三轴转台系统的控制是半物理仿真测试的核心部分,转台的控制效果决定了半物理仿真实验的结果精度与可靠性。本文在小型无人机飞控与三轴测试转台和半物理实验技术迅速发展的背景下,研究了国内外发展方向;分析了半物理仿真的原理、结构与功能;研究了小型无人机飞控姿态运动学与动力学方程;完成了转台系统控制的四元数解算与仿真验证;对转台俯仰、滚转与偏航姿态分别进行了控制设计与Simulink仿真验证,并与理论计算值进行对比分析。完成了转台控制系统的硬件设计。在三轴转台平台上,设计了基于PCI总线的MPC08SP运动控制系统及基于STM32的下位机监控系统。完成了各模块电路的设计、AD软件绘图及PCB板制作,通过RW009无线WIFI互联实现上位机与下位机的实时通信,完成转台实时运动姿态数据的对比分析,在系统可靠性与精度方面有所提高。设计了...
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究的背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 主要研究内容及论文结构
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 论文结构及章节安排
第2章 半物理仿真与转台姿态解算
2.1 半物理仿真原理
2.2 半物理仿真的基本功能
2.3 动力学坐标系
2.3.1 坐标系简述
2.3.2 姿态角
2.3.3 坐标系基元旋转矩阵
2.3.4 欧拉角法
2.4 四元数姿态解算
2.5 飞行器运动自由度
2.6 无人机动力学方程组
2.7 运动学方程组
2.8 小结
第3章 飞控姿态半物理仿真控制器设计
3.1 飞行控制数学模型
3.2 运动控制姿态仿真
3.2.1 俯仰角控制系统设计
3.2.2 俯仰角控制系统仿真
3.2.3 滚转角控制系统结构
3.2.4 滚转角控制系统仿真
3.2.5 偏航角控制系统结构
3.2.6 偏航角控制系统仿真
3.3 小结
第4章 飞控姿态半物理仿真系统硬件设计
4.1 飞控姿态半物理仿真系统总体方案
4.1.1 仿真转台控制系统设计要求
4.1.2 飞控姿态半物理仿真系统总框图
4.1.3 仿真控制系统分析
4.1.4 基于PC机的多轴运动控制系统
4.2 主要器件选型
4.2.1 主控处理器
4.2.2 传感器
4.2.3 运动控制卡
4.2.4 三轴转台
4.2.5 显示器
4.2.6 通信接口
4.2.7 WIFI模块
4.3 飞控姿态半物理仿真系统详细电路设计
4.3.1 下位机主控电路设计
4.3.2 MPC08控制电路设计
4.3.3 电源电路设计
4.3.4 监控显示模块电路
4.3.5 RW009WIFI接口电路
4.3.6 JTAG接口电路
4.3.7 传感器电路
4.3.8 通信电路
4.4 小结
第5章 飞控姿态半物理仿真系统软件设计
5.1 软件开发环境
5.1.1 下位机软件开发环境
5.1.2 上位机软件开发环境
5.2 软件功能设计
5.2.1 上位PC机软件设计
5.2.2 下位机软件设计
5.3 系统仿真流程
5.4 运动控制系统驱动开发
5.5 PCI总线数据读写
5.6 RW009WIFI数据处理
5.7 惯性传感器数据采集
5.7.1 SPI串行接口
5.7.2 ADIS16350数据读写
5.8 实验结果与分析
5.9 小结
第6章 CMAC与PID控制算法研究
6.1 CMAC神经网络控制算法
6.2 控制器设计
6.3 小结
第7章 总结与展望
7.1 论文研究工作总结
7.2 后续研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果
致谢
附录
本文编号：3767834
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究的背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 主要研究内容及论文结构
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 论文结构及章节安排
第2章 半物理仿真与转台姿态解算
2.1 半物理仿真原理
2.2 半物理仿真的基本功能
2.3 动力学坐标系
2.3.1 坐标系简述
2.3.2 姿态角
2.3.3 坐标系基元旋转矩阵
2.3.4 欧拉角法
2.4 四元数姿态解算
2.5 飞行器运动自由度
2.6 无人机动力学方程组
2.7 运动学方程组
2.8 小结
第3章 飞控姿态半物理仿真控制器设计
3.1 飞行控制数学模型
3.2 运动控制姿态仿真
3.2.1 俯仰角控制系统设计
3.2.2 俯仰角控制系统仿真
3.2.3 滚转角控制系统结构
3.2.4 滚转角控制系统仿真
3.2.5 偏航角控制系统结构
3.2.6 偏航角控制系统仿真
3.3 小结
第4章 飞控姿态半物理仿真系统硬件设计
4.1 飞控姿态半物理仿真系统总体方案
4.1.1 仿真转台控制系统设计要求
4.1.2 飞控姿态半物理仿真系统总框图
4.1.3 仿真控制系统分析
4.1.4 基于PC机的多轴运动控制系统
4.2 主要器件选型
4.2.1 主控处理器
4.2.2 传感器
4.2.3 运动控制卡
4.2.4 三轴转台
4.2.5 显示器
4.2.6 通信接口
4.2.7 WIFI模块
4.3 飞控姿态半物理仿真系统详细电路设计
4.3.1 下位机主控电路设计
4.3.2 MPC08控制电路设计
4.3.3 电源电路设计
4.3.4 监控显示模块电路
4.3.5 RW009WIFI接口电路
4.3.6 JTAG接口电路
4.3.7 传感器电路
4.3.8 通信电路
4.4 小结
第5章 飞控姿态半物理仿真系统软件设计
5.1 软件开发环境
5.1.1 下位机软件开发环境
5.1.2 上位机软件开发环境
5.2 软件功能设计
5.2.1 上位PC机软件设计
5.2.2 下位机软件设计
5.3 系统仿真流程
5.4 运动控制系统驱动开发
5.5 PCI总线数据读写
5.6 RW009WIFI数据处理
5.7 惯性传感器数据采集
5.7.1 SPI串行接口
5.7.2 ADIS16350数据读写
5.8 实验结果与分析
5.9 小结
第6章 CMAC与PID控制算法研究
6.1 CMAC神经网络控制算法
6.2 控制器设计
6.3 小结
第7章 总结与展望
7.1 论文研究工作总结
7.2 后续研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果
致谢
附录
本文编号：3767834
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