基于FPGA的嵌入式飛行控制器設(shè)計(jì).pdf

1、飛行控制器作為無人飛行器的“大腦”，對無人飛行器的飛行品質(zhì)起絕對性作用，一直是航空控制領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式處理器性能不斷提升，各種嵌入式處理器逐漸應(yīng)用于飛行控制器的設(shè)計(jì)。本文采用理論分析和實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的嵌入式飛行控制器設(shè)計(jì)。
　　首先，對搭載FPGA嵌入式飛行控制器的無人直升機(jī)飛行平臺進(jìn)行了機(jī)載飛行控制系統(tǒng)總體分析和設(shè)計(jì)，包括組合導(dǎo)航設(shè)備的選型、飛行器執(zhí)行機(jī)構(gòu)和

2、動力裝置的選用、機(jī)載電源系統(tǒng)的構(gòu)建以及地面控制系統(tǒng)的配置等。
　　其次，對嵌入式飛行控制器硬件系統(tǒng)進(jìn)行了功能需求分析，在此基礎(chǔ)上完成了外圍接口電路設(shè)計(jì)、核心模塊電路設(shè)計(jì)、電壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)、FPGA相關(guān)功能IP核設(shè)計(jì)和FPGA飛行控制器整體架構(gòu)的搭建。
　　根據(jù)嵌入式飛行控制器軟件功能需求，以PID控制算法為基礎(chǔ)，構(gòu)建了姿態(tài)角回路、軌跡回路、高度回路的控制律模型，以內(nèi)、外回路控制結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的飛行控制律實(shí)現(xiàn)飛行器多模態(tài)飛行控制

3、，改善和提高飛行器的穩(wěn)定性、操縱性及飛行品質(zhì)，增強(qiáng)飛行安全性。
　　然后在μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了控制器軟件系統(tǒng)，F(xiàn)PGA飛行控制器的軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件是開發(fā)和運(yùn)行應(yīng)用軟件的平臺；應(yīng)用軟件是實(shí)現(xiàn)FPGA飛行控制器數(shù)據(jù)通信模塊和飛行控制律模塊的主體。
　　最后，通過姿態(tài)角控制回路和高度控制回路的試飛，對本文所設(shè)計(jì)的基于FPGA的嵌入式飛行控制器進(jìn)行了綜合驗(yàn)證，并對飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行了記錄和分析，證明了本文