嵌入式机载飞行控制器设计与应用

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1、中图分类号：V247.1V249.1论文编号：102870118-S165学科分类号：082501硕士学位论文嵌入式机载飞行控制器设计与应用研究生姓名黄益新学科、专业飞行器设计研究方向直升机飞行力学与控制指导教师孙传伟副研究员南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringDesignandApplicationofEmbeddedAirborneFlightControllerAThes

2、isinAircraftDesignbyHuangYixinAdvisedbySunChuanweiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有

3、关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要本课题源于实验室多款无人机平台无法找到配套的飞行控制器，本文的研究内容是设计嵌入式机载飞行控制器硬件平台以及软件运行框架，并将此款飞行控制器投入到实际无人机平台应用中以检验其可靠性和有效性。本文的具体工作有：首先，介绍了无人机的发展历程以及研究背景，分析了飞行控制器软硬件设计的研究现状和存在的问题。根据本文飞行控制器的硬件平台，基于ARMCortex-M4处理器的STM32F405ZGT6微控制器，研究了处理器运行

4、的重要机制，利用其优秀的中断管理机制设计了飞行控制器任务运行的总体框架。利用Cortex-M4处理器的系统定时器提供时钟节拍，根据任务需求以及实际需要设定了飞行控制器中任务执行的频率。并从硬件和软件两个方面对各个功能模块的电路和任务执行程序完成了详细设计工作。然后，确定了飞行控制器中用到的导航传感器的型号与配置，包括惯导、GPS、高度计等。根据无人机姿态、位置、速度、高度信息解算的理论基础确定了实际应用过程中的具体方法。此外，本文根据无人机飞行品质的要求，以经典PID控制器为基础，设计了防积分饱和并且结构更加灵活的位置式PID控制器以及姿态闭环控制和位置闭环控制的串级内

5、、外环控制回路。最后，创新性地提出了一种适用性广泛的分体式飞控计算机结构，并将此款飞行控制器成功应用到了多种无人机平台上并完成了预定的任务，达到了本课题预期的要求，为实验室无人机平台提供了核心技术支撑，并为后续研究工作提供了技术参考。关键词：无人机，飞行控制器，软硬件，Cortex-M4，PID控制器，分体式结构I嵌入式机载飞行控制器设计与应用ABSTRACTThesubjectwasfromthatavarietyoflaboratoryunmannedaerialvehicle(UAV)platformscannotfindasuitableflightcontro

6、ller.Thisthesismainlyworkedatdesigningthehardwareofembeddedflightcontrollerandthesoftwareoperationframework.Meanwhile,theflightcontrollerwasgoingtobeusedintheactualUAVplatformstoverifywhetheritmettherequirements.Firstly,thisthesisintroducedthehistoryofthedevelopmentofUAVsandtheresearchba

7、ckground,aswellastheresearchstatusandexistingproblemsofflightcontroller’shardwareandsoftware.Accordingtothehardwareplatformoftheflightcontroller,STM32F405ZGT6microcontrollerwhichisbasedonARMCortex-M4processor,theimportantmechanismofprocessoroperationwasanalyzed.Inthisthes