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超小型无人旋翼机在军用和民用方面都具有广泛的应用价值,一直以来都是国内外很多机构和组织的研究对象。无人机可以完成各种复杂的运动以及空中航拍等目的,而无人飞机的姿态稳定是前提,而无人机本身确是一个不稳定系统,因此有必要设计一个无人机增稳控制系统,实现无人机的飞行稳定。
本文以超小型无人旋翼机作为增稳控制系统设计的开发平台。采用DSP做为主芯片控制开发相关的核心算法以及各个模块的处理,无线接收机模块接收飞行控制指令,同时由两轴陀螺仪,水平仪,数字罗盘,GPS采集无人机姿态信息作为反馈信号,在系统中对这两个信号进行比较得到控制律偏差,根据实际情况DSP对这偏差进行智能PID算法运算,就可以解算出控制舵机的信号量,达到增稳的效果。
为实现超小型无人旋翼机的悬停飞行下的稳定性控制。首先,分析了无人机空间坐标系的描述及转换,推导出了无人机横向以及侧向飞机的动力学方程以及运动学方程,并把它转化成状态空间表达式,然后分析了无人机的静态稳定性条件,这是超小型无人旋翼机的增稳设计基础;随后从控制原理的角度分析设计了实现无人机两轴增稳控制的系统结构方框图。硬件方面,考虑无人机小型化,可靠性等的特点,设计了基于TMS320LF2407微处理制器的无人机增稳控制系统的整个硬件框架,选择了合适的外围设备、元器件和传感器,设计了飞控制电路,制作了控制四层PCB电路板。软件方面,针对系统要求,探讨了控制软件设计的基本思想,对软件各部分进行了设计,阐述了传感器信号的检测与处理方法,编写了相应的程序代码,对核心的智能PID算法进行不断的调试优化。最后,对俯仰和横滚两轴的增稳控制回路用MATLAB/Simulink进行仿真实验。