本文關(guān)鍵詞：小型無人機(jī)飛行控制與管理軟件設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著無人機(jī)用途日漸廣泛、功能日趨復(fù)雜，飛行環(huán)境充滿了不確定性和多變性，作為其核心的飛行控制與管理軟件對(duì)可靠性和實(shí)時(shí)性提出更為嚴(yán)格的要求。傳統(tǒng)的飛行控制與管理軟件設(shè)計(jì)方案已無法滿足無人機(jī)系統(tǒng)日益增長(zhǎng)的性能需求，迫切需要引入實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)對(duì)飛行控制與管理軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)與管理。本文以VxWorks操作系統(tǒng)為核心，，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套適用于小型無人機(jī)的飛行控制與管理軟件，在完成飛行控制和飛行管理功能的基礎(chǔ)上，著眼于軟件的實(shí)時(shí)性和可靠性設(shè)計(jì)，提高飛行控制與管理軟件的實(shí)時(shí)性和健壯性。 首先，根據(jù)飛行控制與管理軟件的功能需求，結(jié)合VxWorks操作系統(tǒng)特點(diǎn)提出軟件的總體設(shè)計(jì)方案，完成軟件的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及功能模塊劃分，解決了VxWorks操作系統(tǒng)移植、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化封裝、驅(qū)動(dòng)注冊(cè)等關(guān)鍵問題。 其次，在綜合考慮飛行控制與管理軟件功能和性能要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開發(fā)了傳感器管理、故障管理、導(dǎo)航管理、控制管理、執(zhí)行機(jī)構(gòu)管理等功能模塊，并依據(jù)VxWorks多任務(wù)運(yùn)行機(jī)制，完成了任務(wù)劃分、優(yōu)先級(jí)分配和任務(wù)間的交互設(shè)計(jì)。 再次，對(duì)FlightGear軟件包進(jìn)行了二次開發(fā)，設(shè)計(jì)了飛行控制與管理系統(tǒng)與FlightGear的串行通信接口，實(shí)現(xiàn)了基于FlightGear內(nèi)置動(dòng)力學(xué)模型驅(qū)動(dòng)和基于仿真機(jī)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的兩種三維可視化仿真驗(yàn)證方案。 最后，對(duì)軟件進(jìn)行了性能測(cè)試，并完成了自主、指令、人工三種飛行模式下的半物理飛行仿真功能驗(yàn)證，結(jié)果表明該飛行控制與管理軟件達(dá)到了最初的功能設(shè)計(jì)要求，具有良好的實(shí)時(shí)性和可靠性。
【關(guān)鍵詞】：小型無人機(jī) 飛行控制與管理軟件 VxWorks 實(shí)時(shí)性 FlightGear 可視化
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：V279;V249
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 注釋表14-15
• 第一章 緒論15-21
• 1.1 引言15
• 1.2 飛行控制與管理軟件開發(fā)方案15-17
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3.1 飛行控制與管理系統(tǒng)現(xiàn)狀17-18
• 1.3.2 VxWorks 操作系統(tǒng)使用現(xiàn)狀18-19
• 1.4 本文研究?jī)?nèi)容以及章節(jié)安排19-21
• 第二章 飛行控制與管理軟件總體設(shè)計(jì)21-29
• 2.1 引言21
• 2.2 飛行控制與管理軟件需求分析21-23
• 2.2.1 功能分析21-22
• 2.2.2 性能分析22-23
• 2.3 飛行控制與管理系統(tǒng)組成23-24
• 2.4 飛行控制與管理軟件運(yùn)行環(huán)境24-25
• 2.4.1 硬件平臺(tái)及資源分配24
• 2.4.2 軟件運(yùn)行環(huán)境24-25
• 2.5 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)25-26
• 2.6 功能模塊劃分26-28
• 2.7 本章小結(jié)28-29
• 第三章 飛行控制與管理軟件運(yùn)行環(huán)境設(shè)計(jì)29-38
• 3.1 引言29
• 3.2 操作系統(tǒng)層設(shè)計(jì)29-32
• 3.2.1 VxWorks 移植29-30
• 3.2.2 VxWorks 裁剪30
• 3.2.3 VxWorks 啟動(dòng)優(yōu)化30-32
• 3.3 設(shè)備驅(qū)動(dòng)層設(shè)計(jì)32-37
• 3.3.1 串口設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)34-36
• 3.3.2 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)36-37
• 3.4 開發(fā)調(diào)試平臺(tái)構(gòu)建37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第四章 飛行控制與管理軟件功能模塊設(shè)計(jì)38-71
• 4.1 引言38
• 4.2 傳感器管理模塊設(shè)計(jì)38-44
• 4.2.1 數(shù)據(jù)采集38-39
• 4.2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理39-41
• 4.2.3 數(shù)據(jù)融合41-43
• 4.2.4 多源信息融合43-44
• 4.3 故障管理模塊設(shè)計(jì)44-56
• 4.3.1 故障分類44-45
• 4.3.2 故障定義45-46
• 4.3.3 故障檢測(cè)方法46-48
• 4.3.4 故障處置策略設(shè)計(jì)48-56
• 4.4 導(dǎo)航管理模塊設(shè)計(jì)56-64
• 4.4.1 自主導(dǎo)航模塊56-62
• 4.4.2 指令導(dǎo)航模塊62-64
• 4.4.3 人工導(dǎo)航模塊64
• 4.5 控制管理模塊設(shè)計(jì)64-66
• 4.5.1 縱向控制律64-65
• 4.5.2 橫側(cè)向控制律65-66
• 4.6 執(zhí)行機(jī)構(gòu)管理模塊設(shè)計(jì)66-67
• 4.7 人機(jī)交互管理模塊設(shè)計(jì)67-69
• 4.7.1 遙控接收模塊68
• 4.7.2 遙測(cè)發(fā)送模塊68-69
• 4.7.3 半雙工通信頻率保障策略69
• 4.8 本章小結(jié)69-71
• 第五章 飛行控制與管理軟件多任務(wù)調(diào)度設(shè)計(jì)71-82
• 5.1 引言71
• 5.2 多任務(wù)劃分71-73
• 5.2.1 任務(wù)劃分規(guī)則71
• 5.2.2 軟件任務(wù)劃分71-73
• 5.3 多任務(wù)實(shí)時(shí)調(diào)度策略73-74
• 5.3.1 VxWorks 任務(wù)調(diào)度算法73
• 5.3.2 軟件任務(wù)調(diào)度策略73-74
• 5.4 飛行控制與管理軟件任務(wù)優(yōu)先級(jí)分配74
• 5.5 飛行控制與管理軟件任務(wù)交互設(shè)計(jì)74-78
• 5.5.1 任務(wù)通信機(jī)制74-75
• 5.5.2 臨界資源保護(hù)75-77
• 5.5.3 任務(wù)同步與互斥設(shè)計(jì)77-78
• 5.6 飛行控制與管理軟件任務(wù)調(diào)度時(shí)序分析78-81
• 5.6.1 VxWorks 任務(wù)運(yùn)行狀態(tài)78-79
• 5.6.2 飛行控制與管理軟件任務(wù)動(dòng)態(tài)運(yùn)行機(jī)制79-81
• 5.7 本章小結(jié)81-82
• 第六章 三維視景仿真驗(yàn)證環(huán)境設(shè)計(jì)82-89
• 6.1 引言82
• 6.2 基于 FlightGear 動(dòng)力學(xué)模型的視景仿真環(huán)境設(shè)計(jì)82-87
• 6.2.1 仿真環(huán)境設(shè)計(jì)82-83
• 6.2.2 通信協(xié)議的定制83-85
• 6.2.3 樣例無人機(jī)的屬性配置85-87
• 6.3 基于仿真機(jī)的視景仿真環(huán)境設(shè)計(jì)87-88
• 6.4 本章小結(jié)88-89
• 第七章 軟件測(cè)試與仿真驗(yàn)證89-101
• 7.1 引言89
• 7.2 半物理飛行仿真環(huán)境實(shí)物連接圖89
• 7.3 飛行控制與管理軟件性能測(cè)試89-93
• 7.3.1 任務(wù)實(shí)時(shí)調(diào)度測(cè)試89-91
• 7.3.2 任務(wù)負(fù)荷測(cè)試91-93
• 7.3.3 任務(wù)堆棧使用情況93
• 7.4 飛行控制與管理軟件功能驗(yàn)證93-100
• 7.4.1 人工導(dǎo)航功能驗(yàn)證94
• 7.4.2 指令導(dǎo)航功能驗(yàn)證94-96
• 7.4.3 自主導(dǎo)航功能驗(yàn)證96-97
• 7.4.4 故障處置功能驗(yàn)證97-100
• 7.5 本章小結(jié)100-101
• 第八章 總結(jié)與展望101-103
• 8.1 課題研究工作總結(jié)101-102
• 8.2 后續(xù)工作展望102-103
• 參考文獻(xiàn)103-106
• 致謝106-107
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文107

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 劉斌,高小鵬,陸民燕,阮鐮;嵌入式軟件可靠性仿真測(cè)試系統(tǒng)研究[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2000年04期

2 宋征宇;飛行控制軟件可靠性設(shè)計(jì)[J];導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù);1997年01期

3 屈薔;梅勁松;袁家斌;;小型無人機(jī)GPS自主導(dǎo)航算法的研究與實(shí)現(xiàn)[J];大眾科技;2006年03期

4 邱曉紅,廖芳;無人戰(zhàn)斗機(jī)飛行管理與控制技術(shù)研究[J];航空科學(xué)技術(shù);1999年02期

5 陳天華;郭培源;;小型無人機(jī)自主飛行控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J];航天控制;2006年05期

6 王偉;張聞乾;陳懷民;;基于VxWorks的無人機(jī)飛控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[J];制造業(yè)自動(dòng)化;2008年04期

7 康鳳舉;段曉軍;吳成富;陳懷民;;基于VxWorks的無人機(jī)飛控計(jì)算機(jī)快速啟動(dòng)導(dǎo)引技術(shù)研究[J];計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制;2010年06期

8 張劍鋒;劉秉華;賈彩娟;;無人機(jī)的自動(dòng)著陸控制[J];控制理論與應(yīng)用;2009年12期

9 顧冬雷,夏先明,高正;無人直升機(jī)飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2005年04期

10 邱鑫;林穎;王保保;;基于XML的嵌入式系統(tǒng)日志解決方案[J];計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展;2009年05期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 鄭淑濤;飛行模擬機(jī)實(shí)時(shí)仿真管理系統(tǒng)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：小型無人機(jī)飛行控制與管理軟件設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：308108