数字式自动驾驶仪设计

摘要

本文以瞬态物理国家重点实验室xx项目为基础，研究、设计了数字式自动驾驶仪，在课题研究阶段主要完成了以下工作： _进行了系统整体方案的设计。研究了俯仰、偏航和滚转三通道稳定回路的结构组成和工作原理。给出了系统设计要求、设计方案和实现方法。 ■自动驾驶仪硬件设计。包括：控制电路板(F2812功能板、采样信号调理电路板、PWM信号前置放大电路板)以及功率驱动板。控制电路板以TMS320F2812为微处理器，片内ADC为模数转换器。 ■自动驾驶仪软件设计。主要完成控制板程序的编写，包括：ADC采样、ADC误差补偿、PID算法实现、PWM波产生四个部分。控制律采用基于Z-N公式的积分分离增量PID算法。 ■对姿态稳定回路进行了建模仿真分析。运用MATLAB/Simulink分别建立了三个通道稳定回路的仿真模型，并进行了参数的调节和校正环节的设计。分析了三通道稳定回路的动态和稳态性能。 ■系统调试。确定系统调试内容，给出问题解决方案。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2自动驾驶仪概况

1.2.1自动驾驶仪发展状况

1.2.2自动驾驶仪控制系统性能指标

1.3本课题主要任务

1.3.1确定自动驾驶仪构成

1.3.2硬件设计

1.3.3软件设计

1.3.4系统调试

2自动驾驶仪的结构组成和工作原理

2.1自动驾驶仪概述

2.1.1自动驾驶仪的定义

2.1.2自动驾驶仪的地位及作用

2.1.3自动驾驶仪的组成和分类

2.2自动驾驶仪

2.2.1稳定回路的组成和基本原理

2.2.2稳定回路的功能

2.3自动驾驶仪控制策略确定

2.3.1控制系统常用校正装置

2.3.2 PID控制及其工作原理

2.3.3 PID控制律及算法参数的确定

2.4本章小结

3自动驾驶仪硬件设计

3.1 TMS320 F2812资源概述

3.2采样信号调理电路设计

3.3 PWM信号前置放大电路设计

3.4功率驱动电路设计

3.5 F2812其它外围电路设计

3.5.1基于PLL(锁相环电路)的时钟电路

3.5.2启动模式选择电路

3.5.3 JTAG仿真接口电路

3.6控制板PCB效果图

3.7本章小结

4自动驾驶仪软件设计

4.1系统级常用寄存器配置

4.1.1时钟模块寄存器

4.1.2看门狗模块寄存器

4.1.3 CPU定时器模块寄存器

4.1.4 GPIO口模块寄存器

4.2 Flash程序保护及Boot ROM功能简述

4.3模/数转换器(ADC)模块配置

4.3.1 ADC寄存器配置概述

4.3.2 ADC采样程序设计

4.3.3 ADC采样校正环节

4.4事件管理器(EVA、EVB)模块配置

4.4.1 EVA、EVB寄存器配置概述

4.4.2 PWM波产生原理及程序设计

4.5外设中断扩展(PIE)模块配置

4.5.1 PIE中断寄存器配置

4.5.2 PIE中断模块初始化

4.6存储器映射及CMD文件编写

4.6.1存储器空间概述

4.6.2 CMD文件编写

4.7程序设计流程图

4.8软件模块测试

4.8.1 ADC模块测试

4.8.2 PWM模块测试

4.9系统软硬件抗干扰设计

4.10本章小结

5自动驾驶仪控制回路仿真

5.1子系统建模

5.2各稳定回路分析与MATLAB仿真

5.2.1俯仰(偏航)稳定回路分析及仿真

5.2.2滚转稳定回路分析及仿真

5.3仿真分析

5.4本章小结

6系统安装与调试

6.1控制系统照片

6.2控制系统安装及注意事项

6.3系统调试及问题解决

6.4本章小结

7结论与展望

致谢

参考文献