本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的小型無人直升機飛行控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

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【摘要】：小型無人直升機用途十分廣泛,在軍事上,可用于制造虛擬目標、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)計和實現(xiàn)問題,主要開展了以下幾方面工作:1.根據(jù)國內(nèi)外小型無人直升機飛行控制系統(tǒng)設(shè)計的研究現(xiàn)狀,分析了小型無人直升機的起飛、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飛控系統(tǒng)總體設(shè)計方案。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曲線的臨界點法,得出了各通道PID參數(shù)值。針對小型無人直升機起飛依賴地面操控的問題,提出了一種高度與姿態(tài)同時控制自主起飛策略,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)計方案,包括最小單元控制板、系統(tǒng)電源、程序存儲器、數(shù)據(jù)采集器等。針對其中舵機易受外部模擬信號干擾的問題,設(shè)計了獨立的供電模塊、信號隔離模塊、手動自主切換模塊。最后運用數(shù)據(jù)采集器,實現(xiàn)了飛行數(shù)據(jù)的實時采集。4.根據(jù)制定的硬件設(shè)計方案,進行相應(yīng)的軟件設(shè)計,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信號存儲器等。其中,舵機控制采用PID算法。同時實現(xiàn)了小型無人直升機的自主起飛控制,并利用LabVIEW軟件對小型無人直升機飛行進行3D動態(tài)實時檢測、顯示。驗證了本課題的控制系統(tǒng)設(shè)計的正確性與有效性。
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V249.1

【參考文獻】

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本文編號：1246043