小型无人机控制和仿真环境设计

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1、NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringControlandSimulationEnvironmentDesignforSmallUnmannedVehicleAThesisinMeasurementTechniqueandAutomationEquipmentbyJiangDafeiAdvisedbyLiChuntaoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequireme

2、ntsfortheDegreeofMasterofEngineeringFebruary,2012承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的学位论文在解密后适用

3、本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士论文摘要随着无人机功能的增强以及控制精度的提高，飞行控制软件的实时性和可靠性受到了严峻的挑战。完备的仿真测试环境是保证无人机飞行控制软件安全的一个重要手段，它可以有效地验证飞行控制逻辑的正确性、检测飞行控制系统中存在的缺陷，提高飞行的可靠性。鉴于此，本文以某样例无人机为对象，设计开发了适用于小型无人机的控制与仿真环境。本文首先分析了国内外小型无人机常用的控制与仿真环境的组织架构，给出了由控制软件、三维视景仿真等模块构成的控制与仿真环境的技术方案。然后,结合小型无人机控制与仿真环境的软硬件特点，将μC/

4、OS-II实时操作系统移植到基于MPC565的飞行控制系统后，开发了基于TouCAN控制器的CAN总线的底层驱动模块，构建了飞行控制软件的运行环境。在此基础上，根据飞行控制软件对实时性要求以及μC/OS-II运行特点，按照模块化设计思想，确定了飞行控制软件任务优先级的分配方案，开发了事件管理、遥控遥测、状态监测、控制律解算、导航制导等关键飞行控制软件模块，实现了样例无人机的飞行控制功能。接着，使用LabVIEW设计开发了飞行控制软件与FlightGear软件间的CAN通信接口软件，实现了基于FlightGear内置六自由度数字飞机模型的三维可视化

5、仿真和基于遥测数据驱动的三维可视化仿真，解决了飞行控制系统的逻辑验证与综合仿真测试等问题。最后，对样例无人机的控制与仿真环境的自主飞行、指令飞行、人工飞行、故障处置、三维可视化仿真等功能进行了半物理仿真测试。测试结果表明：控制与仿真环境各项功能正确、有效，满足了无人机飞行控制及综合测试的要求。关键词：无人机，飞行控制软件，仿真系统，μC/OS-II，FlightGeari小型无人机控制与仿真环境设计ABSTRACTWiththeUAVfunctionalenhancementsandcontrolaccuracyimproved,flightco

6、ntrolsoftwareforreal-timeperformanceandreliabilitywereseriouschallenged.ComprehensivesimulationtestingenvironmentisanimportantwaytoensurethattheUAVflightcontrolsoftwaresecurity,whichcaneffectivelyimprovedthereliabilityoftheflightcontrolsystembyverifingthecorrectnessofthefligh

7、tcontrollogicanddetectingthedefectsinthesystem.Therefor,thispapertakingasampleUAVasobject,designedanddevelopedacontrolandsimulationenvironmentforUAV.ThedevelopmentsituationofdomesticandinternationalUAVwasintroducedatthefristpartofthispaper,afteranalysisthearchitectureofcontro

8、landsimulationsystem,thedesignapproachonflightcontrolsoftwareandsimu