基于DSP的微型飛行控制器設(shè)計研究.pdf

1、飛行控制器作為無人機的控制和任務(wù)核心單元，其研究集成了自動控制、飛行原理、微電子機械、先進傳感器等學(xué)科的前沿技術(shù)，是無人機飛行控制與應(yīng)用的綜合實踐平臺。本文以微小型無人機軍事和民用領(lǐng)域的應(yīng)用為背景，針對其飛行性能和任務(wù)要求，提出了微型飛行控制器的設(shè)計目標，詳細進行了方案和硬件設(shè)計，并實現(xiàn)了控制器姿態(tài)參考系統(tǒng)，最終以四旋翼穩(wěn)定飛行控制驗證了控制器的軟硬件綜合性能。
　　本文首先歸納和分析了多款成熟固定翼和旋翼無人機飛行控制器特點，優(yōu)

2、化和提出了針對微小型無人機的控制器設(shè)計要求和性能指標。嵌入式系統(tǒng)模塊化的思想貫穿了微型控制器的整個設(shè)計流程，從系統(tǒng)整體方案設(shè)計、各傳感器和主控核心選型、硬件和軟件功能模塊劃分到最終的硬件調(diào)試和集成，滿足了控制器高集成度、低耦合性和功能擴展要求。
　　其次，根據(jù)硬件設(shè)計方案完成了控制器主控和各核心模塊硬件電路，包括模塊工作原理、電路參數(shù)選擇、集成通信接口方案。針對控制性能對姿態(tài)測量模塊的特殊要求，對慣性模擬傳感器采用獨立PCB設(shè)計，

3、層疊安裝集成的設(shè)計方案，將模擬信號隔離并保護，以提高測量精度。設(shè)計過程依據(jù)相關(guān)的規(guī)范并采取抗干擾措施，以達到設(shè)計要求，滿足硬件性能指標。
　　再次，對飛行控制器的基礎(chǔ)功能姿態(tài)參考系統(tǒng)，進行了詳細的理論分析和實現(xiàn)：通過Allan方差法對慣性傳感器靜態(tài)數(shù)據(jù)進行分析，辨識噪聲和誤差模型，并對數(shù)據(jù)進行工程應(yīng)用校正，達到姿態(tài)解算的準確性要求；建立機體坐標系和慣性坐標系的轉(zhuǎn)換表達關(guān)系，以四元數(shù)為基礎(chǔ)推導(dǎo)了姿態(tài)狀態(tài)方程和觀測方程；利用擴展卡爾曼