基于μC-OS-Ⅱ的小型固定翼無人機(jī)飛控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、小型固定翼無人機(jī)與常規(guī)的固定翼無人機(jī)相比,具有成本低、重量輕、體積小、操作方便等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用前景廣闊。飛行控制系統(tǒng)是小型無人機(jī)的核心部分,是無人機(jī)的“大腦”。所以,飛控系統(tǒng)的研究是小型無人機(jī)技術(shù)研究中的重點(diǎn),對(duì)小型無人機(jī)的發(fā)展具有重要意義。
　　本課題根據(jù)小型固定翼無人機(jī)的特點(diǎn),研究并設(shè)計(jì)針對(duì)微、小型固定翼無人機(jī)的體積小、功耗低、低成本、高集成度的小型固定翼無人機(jī)飛控系統(tǒng),為實(shí)驗(yàn)室提供穩(wěn)定可靠的飛控平臺(tái),以驗(yàn)證高級(jí)飛行控制技術(shù)、實(shí)時(shí)

2、航跡規(guī)劃等無人機(jī)相關(guān)技術(shù),因此具有理論研究意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本論文的主要工作如下:
　　1.設(shè)計(jì)基于互補(bǔ)濾波器的姿態(tài)估計(jì)算法。姿態(tài)估計(jì)算法輸出無人機(jī)的姿態(tài)角信息,負(fù)責(zé)為無人機(jī)控制律提供所必須的控制信息(姿態(tài)角)。針對(duì)嵌入式微處理器的有限運(yùn)算能力的特點(diǎn),本文采用基于互補(bǔ)濾波器的姿態(tài)估計(jì)算法,實(shí)現(xiàn)長時(shí)間穩(wěn)定輸出無人機(jī)姿態(tài)信息。
　　2.飛控系統(tǒng)硬件平臺(tái)模塊分析與選型。硬件平臺(tái)主控部分采用以ARM嵌入式微處理器,減小系統(tǒng)的體積和

3、功耗;傳感器部分,采用基于MEMS技術(shù)的慣導(dǎo)傳感器,降低系統(tǒng)的成本和質(zhì)量;電源部分,對(duì)數(shù)字器件和模擬器件分開供電,減小數(shù)字、模擬信號(hào)串?dāng)_,并對(duì)舵機(jī)模塊單獨(dú)供電,避免舵機(jī)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。
　　3.基于μC/OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)的飛控軟件設(shè)計(jì)。實(shí)時(shí)性是飛控系統(tǒng)的重要指標(biāo)。隨著飛控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜,傳統(tǒng)的嵌入式飛控開發(fā)難以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性,軟件可擴(kuò)展性、可維護(hù)性較差。本系統(tǒng)采用基于μC/OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)的飛控軟件設(shè)計(jì),將

4、飛控軟件分解成多個(gè)任務(wù),簡化了飛控應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì),同時(shí),系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性得到保證,系統(tǒng)更加健壯、可靠、高效。
　　4.設(shè)計(jì)基于控制模態(tài)的控制律任務(wù)。由于控制律任務(wù)控制邏輯復(fù)雜,造成實(shí)現(xiàn)困難并且容易出錯(cuò)。本文在控制律任務(wù)設(shè)計(jì)中,將無人機(jī)的控制過程抽象為數(shù)個(gè)控制模態(tài),每個(gè)控制模態(tài)采用相應(yīng)的控制律,簡化系統(tǒng)控制邏輯,減小任務(wù)實(shí)現(xiàn)難度,具有良好的可拓展性,以便滿足后期相關(guān)控制律的擴(kuò)展需求。
　　本文設(shè)計(jì)的飛控系統(tǒng),在硬件方面,滿足成本低