基于嵌入式操作系统的无人机自动驾驶仪设计及自抗扰算法研究

发布时间：2017-08-21 18:30

  本文关键词：基于嵌入式操作系统的无人机自动驾驶仪设计及自抗扰算法研究

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【摘要】：随着科学技术的发展和国家对航空技术的支持,无人机已经广泛应用在资源勘探,人员搜救,军事打击等民事和军事领域。作为无人机系统的控制核心,无人机自动驾驶仪的研究受到了越来越高的重视。本文依托实验室相关课题,对无人机自动驾驶仪的设计及其控制算法进行了研究。本文对无人机的发展进行了简要的说明,介绍了其目前应用的主要领域及发展前景。进而对无人机的控制核心自动驾驶仪的发展进行了阐述,介绍了目前在民用领域主要使用的几款自动驾驶仪,并分析了其各自的特点。并对无人机飞控系统研制过程中要进行的仿真验证部分进行了系统的阐述,说明仿真验证的必要性。无人机自动驾驶仪是一个高实时性,高可靠性的系统设计,传统的裸机编程方式不能较好的满足其系统要求。为了满足系统的设计要求,本文介绍了嵌入式操作系统的概念,给出了当前比较流行的几款嵌入式操作系统,并详细介绍了uCOS-II在实验室研发的自动驾驶仪上的移植过程。无人机应用层的控制软件涉及到对飞机传感器信息的采集,控制量计算,航点配置,控制输出等多个环节,比较复杂,并且各个环节的重要程度不同。因此,本文进行了飞行控制软件的任务划分,给出了每个任务的优先级,便于系统的调度,同时也保证了系统的实时性。在无人机的控制算法中,目前实际飞行应用的主要是PID控制算法。由于其控制参数在不同的飞行环境下需要进行多次调节,且在调节过程中容易出现振荡,因此,本文引进了自抗扰控制算法,该算法对传统的PID控制算法进行了诸多改进。进而通过遗传算法来对自抗扰的控制参数进行优化,并给出了实验的仿真结果,证明了算法的可靠性。最后,文章结尾对全文进行了总结,并给出了未来可以继续研究的方向。
【关键词】：无人机 自动驾驶仪 嵌入式操作系统 自抗扰 遗传算法
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP316;V279
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 无人机概述9-10
• 1.2 飞行控制系统的发展10-11
• 1.3 飞控系统仿真介绍11-15
• 1.3.1 系统仿真概述11-12
• 1.3.2 飞行实时仿真12-13
• 1.3.3 Matlab下的飞控系统仿真13-15
• 1.4 研究背景及内容安排15-17
• 第2章 自动驾驶仪的操作系统设计17-31
• 2.1 引言17
• 2.2 嵌入式操作系统概述17
• 2.3 嵌入式系统的软件架构17-20
• 2.3.1 驱动层18-19
• 2.3.2 内核层19
• 2.3.3 应用程序接口层19-20
• 2.3.4 应用程序层20
• 2.4 常见的嵌入式实时操作系统20-22
• 2.4.1 Vxworks20
• 2.4.2 uClinux20-21
• 2.4.3 uC/OS-II21-22
• 2.5 uCOS-II的移植22-29
• 2.5.1 文件分布22-23
• 2.5.2 os_cpu.h代码移植23-24
• 2.5.3 os_cpu_c.c代码移植24-26
• 2.5.4 os_cpu_a.s代码移植26-29
• 2.6 本章小结29-31
• 第3章 飞行控制系统的软件设计31-47
• 3.1 引言31
• 3.2 系统采用的平台31-33
• 3.2.1 自动驾驶仪平台31
• 3.2.2 半实物仿真平台31-33
• 3.3 飞行任务规划33-41
• 3.3.1 任务划分概述33-35
• 3.3.2 获取飞机信息的任务35
• 3.3.3 姿态解算任务35-36
• 3.3.4 导航计算任务36-38
• 3.3.5 控制量计算任务38-39
• 3.3.6 控制量输出任务39
• 3.3.7 串口通信任务39-41
• 3.3.8 时钟节拍设置41
• 3.4 半实物仿真41-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 自抗扰控制在无人机中的应用研究47-59
• 4.1 引言47
• 4.2 自抗扰概述47-48
• 4.3 自抗扰控制器的组成48-55
• 4.3.1 跟踪微分器48-50
• 4.3.2 扩张状态观测器50-53
• 4.3.3 自抗扰控制器53-55
• 4.4 被控对象介绍55-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 自抗扰算法仿真与参数优化59-71
• 5.1 引言59
• 5.2 自抗扰控制算法仿真59-63
• 5.2.1 手动参数调节59-60
• 5.2.2 数字仿真60-63
• 5.3 遗传算法在自抗扰参数优化中的应用63-70
• 5.3.1 遗传算法介绍63-65
• 5.3.2 遗传算法在自抗扰参数优化中的应用65-70
• 5.4 本章小结70-71
• 结论71-73
• 参考文献73-76
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单76-77
• 致谢77

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3 黄爱凤;邓克绪;;民用无人机发展现状及关键技术[A];第九届长三角科技论坛——航空航天科技创新与长三角经济转型发展分论坛论文集[C];2012年

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5 丁霖;;无人机系统人机交互界面浅析[A];探索 创新 交流（第4集）——第四届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2010年

6 刘泽坤;吕继淮;;舰载无人机系统的环境适应性[A];人—机—环境系统工程创立20周年纪念大会暨第五届全国人—机—环境系统工程学术会议论文集[C];2001年

7 叶烽;宋祖勋;;无人机系统电磁兼容性测试研究[A];第十四届全国电磁兼容学术会议论文集[C];2004年

8 易当祥;吕国志;沈玲玲;;多级路况下车载无人机疲劳载荷仿真[A];第十二届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2004年

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5 刘春阳;无人机隐身技术若干问题研究[D];西安电子科技大学;2012年

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本文编号：714449