基于fpga硬件加速技术的无人直升机飞行控制系统设计

《基于fpga硬件加速技术的无人直升机飞行控制系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中图分类号：TP273论文编号：102870118-S215学科分类号：082501硕士学位论文基于FPGA硬件加速技术的无人直升机飞行控制系统设计研究生姓名吕鸿飞学科、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徐锦法教授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NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofCollegeofAerospaceEngineeringFlightControlSystemDe

2、signbasedonFPGAHardwareAccelerationTechnologyofUnmannedHelicopterAThesisinFlightVehicleDesignbyLvHongfeiAdvisedbyProf.XuJinfaSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,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

3、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随着微电子技术的发展和进步，FPGA芯片的性能和片内资源快速增长。本文以FPGA为控制和计算核心，小型电动无人直升机为控制对象，研究并设计了飞行控制系统。飞行控

4、制系统是无人机技术的主要研究内容，而飞行控制器是飞行控制系统的核心。由于无人机飞行平台、任务需求等原因，要求飞行控制器具有高实时性、高稳定性、高集成度等特点。而FPGA作为集成度极高的可编程器件，可以灵活的在一片芯片中实现功能复杂的数字电路方案，包括NiosII软核处理器。本文以FPGA为中心，确定了无人直升机飞控的总体方案，包括飞行控制计算机设计、传感器系统设计、伺服机构设计和飞行平台搭建等研究内容，并着重进行了飞行控制计算机硬件电路以及外围电路的设计和FPGA双核可编程片上系统设计工作。在FPGA片上系统中集成了

5、两颗独立工作的NiosII处理器，极大的增强计算能力。片上系统中还包含有功能性IP核，以实现传感器数据收发和初步处理，极大的减轻处理器计算负担。随着无人直升机飞行任务的复杂化、多样化，对无人机的飞行品质也提出了更高要求，本文已进行了以不完全微分PID控制算法为基础的控制律设计，并完成了飞行控制计算机对μC/OS-II操作系统的移植，设计了软件系统，已实现飞行控制计算机对数据的采集、处理、储存和飞控律计算以及伺服机构的驱动。最后，完成了对飞行控制系统的设计与测试，并进行了静态实验和飞行试验，对本文提出的无人直升机飞行控

6、制系统进行了验证，本方案可以实现无人直升机的控制，满足飞行品质要求。关键词：无人直升机，飞行控制，FPGA，片上系统，IP核I基于FPGA硬件加速技术的无人直升机飞行控制系统设计ABSTRACTWiththedevelopmentandprogressofmicroelectronictechnology,theperformanceofFPGAchipandtheinternalresourcesofthechipareincreasingrapidly.TakingFPGAasthecontrolandcalcu

7、lationcore,thispaperstudiesanddesignsaflightcontrolsystemforsmallelectricunmannedhelicopter.FlightcontrolsystemisthemainresearchcontentofUAVtechnology,andflightcontrolleristhecoreofflightcontrolsystem.DuetotheflightplatformandtaskdemandofUAV,theflightcontroller

8、hasthecharacteristicsofhighreal-time,highstabilityandhighintegration.FPGAasahighlyintegratedprogrammabledevice,canbeflexibleinachiptoachievecomplexfunctionsofdigitalcircuits