基于RaspberryPi的飞控系统快速原型设计

发布时间：2021-08-03 21:22

　　为了实现导弹飞行控制算法的快速设计和仿真验证,设计了一种新型的快速原型仿真系统。以Raspberry Pi和ARM作为核心控制器完成了快速原型的硬件系统设计和软件平台开发,并给出了仿真流程。快速原型实例应用表明,该快速原型仿真系统具有较高的实时性和稳定性,可辅助多种复杂飞控系统的设计。 

【文章来源】：兵器装备工程学报. 2020,41(09)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

飞控快速原型仿真系统总体方案框图

快速控制原型在该模块的基础上进行了扩展，充分利用了模块中的I/O，扩展出了RS422和SPI，用于与外界的通讯。同时通过千兆以太网口实现与上位机的通讯，不仅可以完成飞控模型的下载，而且可以实现仿真数据的传输。以Matlab/Simulink作为导弹飞行控制系统的建模工具，利用Simulink/RTW工具的代码自动生成功能将数学模型转换成相应的C代码，并加载到Raspberry Pi中进行实时运行。通过高速串行接口SPI接收由通信扩展模块采集和打包的外部传感器数据。图2为仿真计算模块功能结构。2.2 基于ARM的通讯扩展模块设计

1) STM32F429具有丰富的I/O端口，最高输出电平和最大承受电平为3.3 V，为了满足不同电平要求，选用光耦继电器AQW214和HCPL-2630，通过输出端的参考电压Pwr＿IO，将I/O的3.3V电平转变成与Pwr＿IO相等的电压;同时利用HCPL-2630将外部电压转换成I/O可承受的标准3.3V电平，具体的电路如图3所示。2) RS422作为一种标准通讯协议，具有抗干扰能力强、传输距离远、传输速率高等优点，已经被广泛应用于工程实践中[8]。选用的ARM处理器为STM32F429IGT6，拥有四路USRAT和四路UART，可以扩展出多路RS422总线。选用芯片MAX490ESA作为电平转换器，实现ARM输出的TTL电平转化为RS422接口标准电平，外围添加电阻和电容，减少电信号的干扰，具体电路如图4所示。

【参考文献】：
期刊论文
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[2]基于树莓派的三维打印上位机控制系统[J]. 林志伟,徐冠华,吴森洋.  实验技术与管理. 2019(06)
[3]基于HOLT芯片的1553B总线通信接口的设计[J]. 武瑞欢,曾晓东.  电脑知识与技术. 2019(09)
[4]基于Simulink的RTX实时环境导弹半实物仿真编程技术研究[J]. 张培忠,高坤,宁金贵.  兵器装备工程学报. 2018(11)
[5]基于RT-LAB的飞控系统快速原型开发[J]. 万士正,常晓飞,闫杰.  电子测量技术. 2012(10)
[6]导弹制导控制系统快速原型设计技术[J]. 马慧敏,章惠君.  电光与控制. 2012(05)
[7]CAN总线在水下航行器导航与控制系统中的应用[J]. 张礴,文海兵.  测控技术. 2011(09)
[8]基于dSPACE平台的电能计量实时仿真系统[J]. 付志红,熊学海,侯兴哲,张淮清,李胜芳.  仪器仪表学报. 2011(08)
[9]导弹飞控系统快速控制原型开发及半实物仿真系统方案研究[J]. 董敏周,孙力,闫杰.  计算机测量与控制. 2009(04)
[10]CAN总线技术在导弹控制系统中的应用[J]. 侯书铭,徐德民,许化龙.  弹箭与制导学报. 2006(S4)

硕士论文
[1]基于uC/OS-Ⅲ的噪声主动控制系统设计[D]. 赵志洲.南京航空航天大学 2016



本文编号：3320359