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在军事和民用领域,无人飞行器(UAV)的应用越来越广泛。飞行控制系统是保证其正常飞行并且完成任务的关键技术,飞行控制系统的设计和验证是飞行器设计的最重要的环节。本文总结国内外商业和开源飞行控制系统研究现状,以轻小型无人飞行器控制功能需求出发,以仿真为基础开展了控制系统需求分析,并以此为依据开展了飞行控制系统方案设计、硬件设计、硬件制作、软件开发、系统集成和地面半物理仿真验证。首先,本文针对某型固定翼无人机,研究其气动特性和发动机推力特性,分析无人机的三轴气动力和气动力矩,建立完整的非线性6自由度模型,设计其内环增稳和外环导航控制律,应用MATLAB/SIMULINK进行数字闭环仿真验证。以此为基础,对无人飞行器飞行控制系统的基本性能、传感器配置、舵面伺服系统性能、处理器和接口、系统实时性提出指标要求。其次,设计了以ARM Cortex-M4内核的STM32F407处理器为核心的自主飞行控制系统,集成数据采集通信接口、舵机驱动接口、数传电台模块、TF卡接口和网络接口,完成了系统硬件的制作、焊接、组装与调试,集成系统的软件和硬件,并按照控制律设计框图编写嵌入式控制律软件,完成飞行控制系统的研发与制作。本文创新性地提出了“对称式飞行测试”的思想,组建实时的半物理仿真环境。将飞机气动力特性和非线性6自由度方程编写成C代码,编译并下载到计算机中运行,根据视景软件的网络接口协议驱动飞行仿真界面,同时与飞行控制系统组成半物理闭环仿真系统,将得到的结果与数字闭环仿真的结果比较,验证了“对称式”飞行测试系统的仿真精度,完成飞行控制系统功能要求,满足飞行控制系统前期研究验证的需求。本文以某型无人机平台为工程案例进行开发,验证了系统的性能指标满足飞行控制系统的研发需求,其技术可以推广应用到类似无人飞行器的飞行控制系统中。同时该系统成本低廉,适用于一般的应用场合。