模型直升机自动飞行控制系统的设计与实现

摘要

鉴于无人直升机相比于固定翼无人机的优点，以及无人直升机在实际军用、民用领域的广泛应用前景，本文围绕模型直升机自动飞行控制系统的设计与实现进行研究，具体内容如下：
　　首先，进行了模型直升机自动飞行控制系统的硬件总体框架设计和硬件器件选型；通过对飞控系统资源分配、实时性、稳定性和可调试性的分析，设计了“DSP+双口 RAM+单片机”架构的飞控板“双核”处理器模块；通过对飞控系统各功能单元的供电需求分析，设计了电源供电模块和电压转换电路；根据飞控系统中各传感测量模块、执行机构和各数据通信模块的接口通讯特点，设计了相关的接口电路；为了提高飞控系统的稳定性，进行了电磁兼容与抗干扰设计；在此基础上，进行了原理图与PCB图的设计，建立了飞控系统硬件实验平台。
　　其次，根据飞控软件的性能要求，进行了软件方案总体设计。规划了DSP和单片机的片内资源；设计了外部设备的驱动方案，编写了底层程序；完成了各个通信模块（双口RAM，PWM波捕获，串口扩展，无线通信）、执行机构接口模块、数据采集模块（IMU，GPS，A/D转换等等）、PID控制模块的软件设计；完成了地面监控软件的开发设计；最终根据不同的飞行任务，对上述软件模块进行整合，实现了飞控软件的整体功能。
　　最后，将所设计的控制软件移植到飞控板中进行调试和实验。完成了系统中各个功能模块的测试和基于特定飞行任务的系统整体测试，实现了特定的飞行功能。测试和飞行结果表明了整个飞控系统软、硬件设计的正确性与可行性。

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图表清单

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 本文研究内容及创新点

1.4 章节安排

第二章 模型无人直升机飞控系统总体方案设计

2.1引言

2.2 基于DSP和单片机的双CPU无人直升机飞控系统总体方案

2.3 关键外围功能模块的方案分析与选型

2.4 本章小结

第三章 模型直升机飞控系统硬件电路设计

3.1 飞控系统硬件电路总体结构设计

3.2 并行双CPU控制器模块硬件电路设计

3.3 外部通信模块接口电路设计

3.4 测量模块接口电路设计

3.5 执行机构接口电路设计

3.6 系统电源模块设计

3.7 电磁兼容与抗干扰设计

3.8 本章小结

第四章 模型直升机飞控系统软件设计

4.1 机载飞控软件的底层规划设计

4.2通信模块软件设计

4.3 执行机构接口软件设计

4.4测量模块数据采集软件设计

4.5 PID控制模块软件设计

4.6 地面监控软件设计

4.7 系统控制软件整合

4.8 本章小结

第五章 飞控系统软硬件测试过程与结果

5.1 引言

5.2 电源模块及双CPU最小系统测试

5.3 双CPU访问双口RAM的测试过程和结果

5.4 测量模块数据采集测试过程及结果

5.5 执行机构接口信号测试

5.6 外部通信模块测试过程及结果

5.7 系统集成测试及飞行试验

5.8 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 后续研究工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文