基于DSP的微型飛行控制器設(shè)計(jì)研究.pdf

1、飛行控制器作為無(wú)人機(jī)的控制和任務(wù)核心單元，其研究集成了自動(dòng)控制、飛行原理、微電子機(jī)械、先進(jìn)傳感器等學(xué)科的前沿技術(shù)，是無(wú)人機(jī)飛行控制與應(yīng)用的綜合實(shí)踐平臺(tái)。本文以微小型無(wú)人機(jī)軍事和民用領(lǐng)域的應(yīng)用為背景，針對(duì)其飛行性能和任務(wù)要求，提出了微型飛行控制器的設(shè)計(jì)目標(biāo)，詳細(xì)進(jìn)行了方案和硬件設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了控制器姿態(tài)參考系統(tǒng)，最終以四旋翼穩(wěn)定飛行控制驗(yàn)證了控制器的軟硬件綜合性能。
　　本文首先歸納和分析了多款成熟固定翼和旋翼無(wú)人機(jī)飛行控制器特點(diǎn)，優(yōu)

2、化和提出了針對(duì)微小型無(wú)人機(jī)的控制器設(shè)計(jì)要求和性能指標(biāo)。嵌入式系統(tǒng)模塊化的思想貫穿了微型控制器的整個(gè)設(shè)計(jì)流程，從系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)、各傳感器和主控核心選型、硬件和軟件功能模塊劃分到最終的硬件調(diào)試和集成，滿足了控制器高集成度、低耦合性和功能擴(kuò)展要求。
　　其次，根據(jù)硬件設(shè)計(jì)方案完成了控制器主控和各核心模塊硬件電路，包括模塊工作原理、電路參數(shù)選擇、集成通信接口方案。針對(duì)控制性能對(duì)姿態(tài)測(cè)量模塊的特殊要求，對(duì)慣性模擬傳感器采用獨(dú)立PCB設(shè)計(jì)，

3、層疊安裝集成的設(shè)計(jì)方案，將模擬信號(hào)隔離并保護(hù)，以提高測(cè)量精度。設(shè)計(jì)過(guò)程依據(jù)相關(guān)的規(guī)范并采取抗干擾措施，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足硬件性能指標(biāo)。
　　再次，對(duì)飛行控制器的基礎(chǔ)功能姿態(tài)參考系統(tǒng)，進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和實(shí)現(xiàn)：通過(guò)Allan方差法對(duì)慣性傳感器靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，辨識(shí)噪聲和誤差模型，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行工程應(yīng)用校正，達(dá)到姿態(tài)解算的準(zhǔn)確性要求；建立機(jī)體坐標(biāo)系和慣性坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換表達(dá)關(guān)系，以四元數(shù)為基礎(chǔ)推導(dǎo)了姿態(tài)狀態(tài)方程和觀測(cè)方程；利用擴(kuò)展卡爾曼