【摘要】：近年來,隨著慣性測量單元的微型化以及芯片計算能力的提高,小型無人直升機(jī)成為全球各大高校和學(xué)者研究的熱點(diǎn)。它不但具有固定翼無人機(jī)的優(yōu)點(diǎn),還具有垂直起降、固定位懸停、側(cè)向飛行以及原地轉(zhuǎn)向等優(yōu)點(diǎn),不論在軍事上還是民用上都有著不可替代的作用。而控制系統(tǒng)則是無人直升機(jī)完成各項任務(wù)的核心,因此本課題針對控制系統(tǒng)進(jìn)行理論研究,內(nèi)容主要分為主控模塊硬件設(shè)計、軟件設(shè)計以及控制算法這三大部分。在控制系統(tǒng)硬件設(shè)計方面,首先本課題選用具有高速時鐘和豐富外圍接口的DSP TMS320F2812作為核心處理器;然后結(jié)合姿態(tài)測量儀、超聲波傳感器、GPS模塊、無線通信模塊以及舵機(jī)模塊構(gòu)成小型無人直升機(jī)的硬件實(shí)驗(yàn)平臺,并闡述各硬件模塊的工作原理和通信方式;最后用Altium Designer軟件進(jìn)行F2812的電路設(shè)計并搭建該硬件平臺。在控制系統(tǒng)軟件設(shè)計方面,以硬件平臺為基礎(chǔ),利用CCS6.0完成相應(yīng)的軟件設(shè)計。為了保證系統(tǒng)的實(shí)時性,設(shè)計采用中斷的方式接收傳感器及GPS采集的數(shù)據(jù),并通過PWM接口輸出信號,控制舵機(jī)舵面的偏轉(zhuǎn)。在控制算法設(shè)計方面,為了保證控制系統(tǒng)高精度的設(shè)計要求,設(shè)計了一種基于Quasi-Min-Max的模型預(yù)測控制(MPC)器,并詳細(xì)介紹了該控制器的基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計原理和控制規(guī)則等,然后通過求解LMI凸優(yōu)化獲得該控制器,最后代入小型無人直升機(jī)LPV模型,仿真結(jié)果表明,該控制算法可以很好的控制直升機(jī)的姿態(tài),滿足系統(tǒng)要求。研究表明,本課題所設(shè)計的方案能夠完成基本的功能需求,而且具有一定的實(shí)用性,為后續(xù)的無人直升機(jī)控制系統(tǒng)的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
[Abstract]:In recent years, with the miniaturization of the inertial measurement unit and the increase of the computational power of the chip, the small unmanned helicopter has become the hot spot of the research of major universities and scholars in the world. It not only has the advantages of fixed-wing unmanned aerial vehicle, but also has the advantages of vertical take-off and landing, fixed position hover, lateral flight and in-situ steering. The control system is the core of the unmanned helicopter to complete the tasks, so the project is mainly divided into the hardware design of the main control module, the software design and the control algorithm. in that aspect of the hardware design of the control system, firstly, a DSP TMS320F2812 with a high-speed clock and a rich peripheral interface is used as a core processor, and then a posture measuring instrument, an ultrasonic sensor and a GPS module are combined, The wireless communication module and the steering engine module form a hardware experimental platform of a small unmanned helicopter, and the working principle and the communication mode of each hardware module are described; finally, the circuit design of the F2812 is carried out by using the Altium Designer software and the hardware platform is built. In the software design of the control system, the hardware platform is used as the foundation, and the corresponding software design is completed by using the CCS6.0. In order to ensure the real-time performance of the system, the data collected by the sensor and the GPS are received in an interrupted manner, and the signal is output through the PWM interface to control the deflection of the rudder surface of the steering engine. In order to ensure the high-precision design of control system, a model predictive control (MPC) based on Quasi-Min-Max is designed, and the basic structure, design principle and control rule of the controller are introduced in detail. Then the controller is obtained by solving the LMI convex optimization, and finally the small unmanned helicopter LPV model is substituted, and the simulation results show that the control algorithm can well control the attitude of the helicopter and meet the requirements of the system. The research shows that the scheme designed by the project can complete the basic functional requirements and has certain practicability, which lays the foundation for the research and development of the subsequent unmanned helicopter control system.
【學(xué)位授予單位】：黑龍江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V275.1;V249.1

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本文編號：2432532