翼伞自主归航控制器及半实物仿真系统设计与实现

摘要

翼伞具有很好的操纵性和滑翔性，当地震等毁灭性灾难发生时，可以空投机器人，第一时间获取灾难现场的信息。而且，翼伞也可以用于航空航天飞行器的无损精确着陆回收。
　　 该文主要基于广义预测智能控制算法，实现翼伞的自主归航控制。设计了以意法半导体公司的ARM9为核心处理器的控制单元电路，以IGBT为基础的H桥式无触点控制伺服电机的驱动器电路，并采用全球定位系统(GPS)提供实时的位置信息。对电机的调速上采用了脉冲宽度调制(PWM)控制，并用电位器实时检测电机绞盘的位置信息。
　　 针对设计的翼伞控制系统构建了翼伞的六自由度非线性模型，用于半实物仿真翼伞空投过程中的姿态和航迹。模型中将三维坐标数据转换为GPS标准的数据格式，使半实物仿真环境尽可能的接近实际空投环境，这样便于更好的检测翼伞系统的控制效果和运行状况。
　　 为了更加真实的验证翼伞系统的控制效果和整体性能，该文实施了汽车拉载翼伞系统在地面进行实际测试的试验。此时，翼伞系统严格按照实际的空投流程工作，使翼伞系统进一步接近现实环境，从而检查系统中存在的缺陷和漏洞。
　　 该文使用热气球进行了翼伞系统的空投试验。为了充分利用空投高度，翼伞在空投之前先用支撑架子完全撑开，GPS也在空投之前通电锁星。进而，检测翼伞系统在实际空投中存在的问题。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 本课题的研究背景和意义

第二节 翼伞控制系统的简介

第三节 翼伞控制技术研究现状与发展趋势

1．2．1 翼伞控制技术的国内外发展现状

1．2．2 翼伞控制技术的发展趋势

第四节 翼伞自主归航过程

第五节 翼伞系统半实物仿真的意义和发展现状

1．5．1 半实物仿真的意义

1．5．2 半实物仿真的发展现状

第六节 论文的主要研究内容和结构

第二章 翼伞控制系统的硬件实现

第一节 主控制单元电路设计

2．1．1 STR912FW44芯片简介

2．1．2 各个分块电路设计

第二节 电机驱动电路设计

2．2．1 H桥电路的引入

2．2．2 电机抱闸开关

2．2．3 电源转换设计

2．2．4 滤波电路

第三节 其他辅助电路设计

2．3．1 GPS接收板卡

2．3．2 RS232-TTL转换器

2．3．3 电位器

2．3．4 系统开关电路

第四节 硬件电路测试

第三章 翼伞系统的半实物仿真

第一节 半实物仿真系统框架

3．1．1 为什么要进行半实物仿真

3．1．2 仿真环境搭建

3．1．3 仿真系统构成

第二节 Matlab模型坐标格式转换

3．2．1 GPS标准数据格式简介

3．2．2 定位数据格式转换

第三节 通信串口协议

3．3．1 常见串口协议

3．3．2 系统串口通信

第四节 GPC智能控制算法

3．4．1 GPC算法简介

3．4．2 GPC在ARM上的实现

第五节 仿真系统运行与结果分析

3．5．1 仿真系统运行

3．5．2 仿真结果分析

第六节 雀降仿真分析

第四章 翼伞系统实际测试与数据分析

第一节 地面实际测试

4．1．1 测试方法与环境

4．1．2 地面测试结果

第二节 空投试验

4．2．1 空投方法与环境

4．2．2 空投结果

第三节 数据的分析

第五章 总结与展望

第一节 全文总结

第二节 后续工作展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果