本文關(guān)鍵詞：基于DSP的無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 小型無人機(jī) F28335 飛行控制系統(tǒng) PWM CPLD

【摘要】：小型無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)作為無人機(jī)不可或缺的功能結(jié)構(gòu),對(duì)此,設(shè)計(jì)了一套以TMS320F28335為核心處理器的多個(gè)功能模塊的構(gòu)成的小型無人機(jī)飛行控制硬件系統(tǒng),同時(shí)完成了相關(guān)的程序設(shè)計(jì),最后利用姿態(tài)檢測、控制算法,并加載擴(kuò)展卡爾曼數(shù)字濾波(EKF)及數(shù)據(jù)融合算法,為實(shí)現(xiàn)飛行控制系統(tǒng)小型化而又高性能提供有利的硬件保障。首先,通過中心控制單元實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)擴(kuò)展電路、系統(tǒng)時(shí)鐘及系統(tǒng)復(fù)位,提高了電路穩(wěn)定性,增加了存儲(chǔ)器容量,數(shù)據(jù)程序存儲(chǔ)能力。此外,采用電源轉(zhuǎn)換模塊,實(shí)現(xiàn)了不同電壓大小電源設(shè)計(jì),匹配了電路供電需要;鑒于電路集成多個(gè)輸入傳感器的優(yōu)勢,開發(fā)了基于多通道開關(guān)量信號(hào)I/O電路;為了提高可擴(kuò)展性,又設(shè)計(jì)了多通道信號(hào)片上和外擴(kuò)A/D采集輸入及其相應(yīng)D/A轉(zhuǎn)換輸出;驅(qū)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)了模擬量、PWM驅(qū)動(dòng)兩部分控制;采用多通道串口電路實(shí)現(xiàn)了片上串行通信、基于TL16C754A芯片的數(shù)據(jù)通信擴(kuò)展;CPLD通過VHDL實(shí)現(xiàn)了邏輯控制和中斷控制。通過數(shù)字模擬串行接口,增強(qiáng)了系統(tǒng)集成度。其次,采用四元數(shù)捷聯(lián)姿態(tài)解算,結(jié)合擴(kuò)展卡爾曼數(shù)字濾波(EKF)及數(shù)據(jù)融合算法,完成姿態(tài)檢測控制,實(shí)現(xiàn)了高精度姿態(tài)信號(hào)的輸出。通過測試軟件及驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件系統(tǒng)接口通信和系統(tǒng)模塊控制程序測試。針對(duì)系統(tǒng)的硬件調(diào)試設(shè)計(jì)了程序測試,PWM控制信號(hào)輸出測試、電源性能的測試,對(duì)飛控系統(tǒng)進(jìn)行PC機(jī)和地面控制站的調(diào)試和物理仿真。最后,測試結(jié)果表明了設(shè)計(jì)方案的正確性與合理性,達(dá)到了飛控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與安全性能標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)系統(tǒng)采用電磁抗干擾(EMC)措施,使系統(tǒng)硬件具有抗干擾能力,具備可靠性高、實(shí)時(shí)性好和體積小等優(yōu)點(diǎn),提升了小型無人機(jī)飛控系統(tǒng)的集成度和飛行控制穩(wěn)定能力。
【關(guān)鍵詞】：小型無人機(jī) F28335 飛行控制系統(tǒng) PWM CPLD
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V279;V249.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-12
• 1.1 無人機(jī)概況8-9
• 1.2 飛行控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 本課題的研究意義及研究主要內(nèi)容10-11
• 1.4 論文內(nèi)容安排11-12
• 第2章 無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)12-45
• 2.1 飛控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案12-13
• 2.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則12-13
• 2.1.2 無人機(jī)飛控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13
• 2.2 中心控制模塊13-25
• 2.2.1 CPU芯片的選擇14-17
• 2.2.2 外圍存儲(chǔ)器的擴(kuò)展17-19
• 2.2.3 輔助電路設(shè)計(jì)19-25
• 2.3 模擬量采集與驅(qū)動(dòng)控制模塊25-32
• 2.3.1 信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)25-27
• 2.3.2 驅(qū)動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)27-30
• 2.3.3 信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)30-32
• 2.4 多串行口通信模塊32-35
• 2.4.1 通信模塊的設(shè)計(jì)要求32-33
• 2.4.2 多通道串口通信模塊的設(shè)計(jì)33-35
• 2.5 中斷和邏輯控制模塊35-40
• 2.5.1 基于CPLD的邏輯控制器設(shè)計(jì)36-38
• 2.5.2 基于CPLD的中斷控制器設(shè)計(jì)38-40
• 2.6 開關(guān)量信號(hào)I/O模塊40-42
• 2.6.1 開關(guān)量輸入通道的設(shè)計(jì)41-42
• 2.6.2 開關(guān)量輸出通道的設(shè)計(jì)42
• 2.7 電源模塊42-44
• 2.7.1 電源模塊的選取43
• 2.7.2 電源模塊的電路設(shè)計(jì)43-44
• 2.8 本章小結(jié)44-45
• 第3章 系統(tǒng)姿態(tài)檢測算法和姿態(tài)控制算法研究45-53
• 3.1 飛控姿態(tài)檢測算法45-48
• 3.1.1 四維擴(kuò)展卡爾曼濾波算法45-46
• 3.1.2 預(yù)測狀態(tài)方程更新46-47
• 3.1.3 觀測方程更新47-48
• 3.2 飛控姿態(tài)位置控制算法48-50
• 3.2.1 PID控制算法48
• 3.2.2 PID控制仿真測試48-50
• 3.3 程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)50-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第4章 測試軟件及驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)設(shè)計(jì)53-61
• 4.1 F28335的程序開發(fā)概述53-56
• 4.1.1 處理器F28335程序開發(fā)框架53-55
• 4.1.2 軟件開發(fā)的基本流程55-56
• 4.2 外擴(kuò)串口通信程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)56-57
• 4.3 PWM舵機(jī)控制信號(hào)設(shè)計(jì)57-59
• 4.4 采集信號(hào)測試59-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 第5章 飛行控制系統(tǒng)硬件模塊測試與分析61-76
• 5.1 電源性能測試61-63
• 5.2 PWM控制信號(hào)輸出測試63-64
• 5.3 多通道串口通訊模塊的調(diào)試64-68
• 5.3.1 測試方案64-66
• 5.3.2 測試結(jié)果66-68
• 5.4 開關(guān)量I/O模塊的調(diào)試68-70
• 5.5 信號(hào)采集與PWM驅(qū)動(dòng)控制模塊的測試70-71
• 5.6 系統(tǒng)中電磁抗干擾(EMC)處理71-73
• 5.6.1 器件選型71-72
• 5.6.2 線路布局72-73
• 5.6.3 電磁干擾73
• 5.7 物理仿真測試73-75
• 5.8 本章小結(jié)75-76
• 第6章 總結(jié)與展望76-78
• 6.1 主要研究工作76
• 6.2 后續(xù)工作展望76-78
• 參考文獻(xiàn)78-81
• 發(fā)表論文和參加科研說明81-82
• 致謝82-83
• 附錄83-85

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本文編號(hào)：839021