本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的小型無人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：小型無人直升機(jī)用途十分廣泛,在軍事上,可用于制造虛擬目標(biāo)、勘察敵情、打擊敵人等;在民用上,主要用于高壓線路檢修、測繪、噴灑農(nóng)藥等。因此,近幾年來,小型無人直升機(jī)受到越來越多的關(guān)注。因其難以操控,必須具有控制器才能自主飛行。本文以FPGA為控制核心器件,研究了小型飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)問題,主要開展了以下幾方面工作:1.根據(jù)國內(nèi)外小型無人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀,分析了小型無人直升機(jī)的起飛、懸停等狀態(tài),給出以FPGA為控制核心器件的小型無人直升機(jī)飛控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。2.對采集的飛行數(shù)據(jù)應(yīng)用最小二乘法擬合得出高度,俯仰角和翻滾角隨控制量變化曲線。采用Z-N曲線的臨界點(diǎn)法,得出了各通道PID參數(shù)值。針對小型無人直升機(jī)起飛依賴地面操控的問題,提出了一種高度與姿態(tài)同時(shí)控制自主起飛策略,降低了起飛難度。3.以FPGA為核心控制器件,制定了整體的硬件設(shè)計(jì)方案,包括最小單元控制板、系統(tǒng)電源、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)采集器等。針對其中舵機(jī)易受外部模擬信號干擾的問題,設(shè)計(jì)了獨(dú)立的供電模塊、信號隔離模塊、手動(dòng)自主切換模塊。最后運(yùn)用數(shù)據(jù)采集器,實(shí)現(xiàn)了飛行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。4.根據(jù)制定的硬件設(shè)計(jì)方案,進(jìn)行相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì),包括SPI,UART,I2C與FPGA控制器的通信接口,FIFO數(shù)據(jù)緩存器、PWM信號編碼器、PWM信號存儲(chǔ)器等。其中,舵機(jī)控制采用PID算法。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了小型無人直升機(jī)的自主起飛控制,并利用LabVIEW軟件對小型無人直升機(jī)飛行進(jìn)行3D動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測、顯示。驗(yàn)證了本課題的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性與有效性。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V249.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1246043