本文關(guān)鍵詞：飛車控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)　出處：《北京工業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： C8051F020 對偶四元數(shù)算法 螺旋矢量 仲裁 熱備份系統(tǒng)

【摘要】：近些年,世界人口的不斷增長以及人民生活水平的不斷提高導(dǎo)致地面汽車數(shù)量大幅度增加,整個(gè)地面交通負(fù)擔(dān)加重。為緩解地面交通運(yùn)輸壓力,盡早開辟空中道路顯得尤為重要。飛行汽車作為空中道路運(yùn)輸工具之一,已經(jīng)得到了學(xué)者的高度重視與廣泛研究。而飛車控制系統(tǒng)作為飛行汽車的中樞控制核心,具有絕對的研究價(jià)值。本文初步完成了飛車控制系統(tǒng)的硬件搭建以及軟件的實(shí)現(xiàn),并針對飛車控制系統(tǒng)在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下捷聯(lián)慣導(dǎo)解算產(chǎn)生不可交換性誤差影響導(dǎo)航系統(tǒng)精度的問題,本文研究了基于對偶四元數(shù)的螺旋矢量算法。該算法在保障系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的前提下,不僅提高了導(dǎo)航精度,而且大大減少算法復(fù)雜度。此外,考慮到復(fù)雜場境中飛行汽車對系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性有很高的要求,本文設(shè)計(jì)了基于三片單片機(jī)的仲裁熱備份系統(tǒng)。其中雙機(jī)互為熱備份,第三臺負(fù)責(zé)仲裁,系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間得到極大的提高。通過與單機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行比較,此系統(tǒng)增強(qiáng)了飛車控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。本文的研究工作主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面:首先,本文根據(jù)飛車控制系統(tǒng)的功能需求完成了對飛車控制系統(tǒng)的硬件選型和整體設(shè)計(jì)�？紤]到性能要求以及設(shè)計(jì)成本,本文選擇C8051F020作為系統(tǒng)的主控制芯片,選擇了相應(yīng)的傳感器模塊ADXL345、L3G4200D、HMC5883L和BMP085,并詳細(xì)介紹了舵機(jī)及舵機(jī)控制版的工作原理。其次,根據(jù)飛車控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)需求,本文完成了系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)。包括CPU串口通信設(shè)計(jì)、C8051F020的初始化、參數(shù)初始化以及系統(tǒng)的同步性設(shè)計(jì),為了使雙機(jī)能夠正常通訊,本文設(shè)計(jì)了雙端口RAM。再者,針對傳統(tǒng)捷聯(lián)導(dǎo)航算法計(jì)算量重且引入了不可交換性誤差的問題,本文研究了基于對偶四元數(shù)的螺旋矢量算法。通過實(shí)驗(yàn)仿真,并比較傳統(tǒng)速度更新算法和對偶四元數(shù)速度更新算法,從原理上確定了兩種算法存在精度差別的原因,定量地表征了兩種算法的精度差別。研究結(jié)果表明,對偶四元數(shù)螺旋矢量算法在精度上具有明顯的優(yōu)勢。最后,考慮到系統(tǒng)對可靠性和穩(wěn)定性有很高的要求,本文設(shè)計(jì)了基于三片單片機(jī)的仲裁熱備份系統(tǒng)。所設(shè)計(jì)系統(tǒng)利用兩臺單片機(jī)負(fù)責(zé)熱備份,另一臺負(fù)責(zé)仲裁。通過系統(tǒng)可靠性分析和可靠度的計(jì)算,并與單機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行比較可知,本系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性有了很大提高。
[Abstract]:In recent years, the world population growth and the improvement of people's living standards led to a substantial increase in the number of ground vehicles, the traffic burden. To alleviate the ground traffic pressure, open air path as soon as possible is very important. As one of the flying car air road transport, has drawn great attention and extensive research scholars. Speed control system of the central flying car control core, with research value. This paper initially completed the absolute speed control system's hardware and software implementation, and for the speed control system in high dynamic environment of strapdown inertial navigation solution produces noncommutativity error affect the accuracy of the navigation system, is studied in this paper. The spiral vector algorithm of dual four elements. Based on the algorithm in the premise of real-time security system, not only improve the navigation accuracy, But also greatly reduce the complexity of the algorithm. Moreover, considering the complex environment of the flying car has high demands on the reliability and stability of the system, this paper designs three arbitration hot backup system based on MCU. The dual hot backup, third units responsible for arbitration, the system MTBF is greatly improved. Through the comparison with the stand-alone system, this system improves the speed stability and reliability of the control system. The research work of this paper is mainly reflected in the following four aspects: first, according to the speed control system of the functional requirements completed the selection of hardware and the overall design of speed control system. Considering the performance requirements and the design cost, this paper select C8051F020 as the main control chip of the system, the choice of ADXL345, sensor module L3G4200D, HMC5883L and BMP085, and introduces the steering gear and steering control The working principle of plate. Secondly, according to the speed control system software design requirements, this paper completed the overall design of the system software. Including the design of CPU serial communication, C8051F020 initialization, synchronization of system initialization and the design parameters, in order to make the machine to normal communication, this paper designs a dual port RAM. and the traditional strapdown navigation algorithm weighing and the noncommutativity error problem, in this paper the spiral vector algorithm based on dual four element. Through simulation experiments, and compare the traditional velocity updating algorithm and dual four element velocity updating algorithm, to determine the reasons for the existence of differences between the accuracy of the two algorithms in principle, quantitative characterization of the precision difference two kinds of algorithms. The results show that dual four element spiral vector algorithm has obvious advantages in accuracy. Finally, considering the reliability and stability of system Have high requirements, this paper designs the hot backup system based on three single-chip. The design system based on two MCU is responsible for backup, the other one is responsible for arbitration. Through the calculation of system reliability analysis and reliability, and compared with the single system, the stability and reliability of the system has been greatly to improve.

【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V249.1

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本文編號：1357248