轻小型无人飞行器飞行控制系统研究与设计

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1、硕士学位论文论文题目轻小型无人飞行器飞行控制系统葡；研究生吕佳蘇专业检测技术与自动化装置〕、：、士：一，，‘研究方向嵌入式系统及应甩指导教师邵山田丰（教授）二零一五年三月分类号密级公开学位论文题目：轻小型无人飞行器飞行控制系统研究与设计研究生姓名：吕佳学科专业名称：检测技术与自动化装置研究方向：嵌入式系统及应用论文类型：应用研究申请学位：工学硕士指导教师姓名：邵山田丰指导教师职称：教授教授指导教师单位：沈阳航空航天大学论文提交曰期：年月日论文答辩日期：年月曰沈阳航空航天大学年月SHENYANGAEROSPACEUNIVERSITYOFMEASUREMENTT

2、ECHNIQUEANDAUTOMANTIONEQUIPMENTTHESISFORMASTER'SDEGREEDESIGNANDRESEARCHOFTHEFLIGHTCONTROLSYSTERMFORMICROUNMANNEDAERIALVEHICLECandidate：：原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立完成的。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果，也不包含本人为获得其他学位而使用过的成果。对本文研究做出重要贡献的个人或集体均已在论文中进行了说明并表示谢意。本声明的法律后果由本人承担

3、。论文作者签名：落反挪年月⑶曰沈丨航空航天大学硕士学位论文摘要在军事和民用领域，无人飞行器（的应用越来越广泛。飞行控制系统是保证其正常飞行并且完成任务的关键技术，飞行控制系统的设计和验证是飞行器设计的最重要的环节。本文总结国内外商业和丌源飞行控制系统研究现状，以轻小型无人飞行器控制功能需求出发，以仿真为基础开展了控制系统需求分析，并以此为依据开展了飞行控制系统方案设计、硬件设计、硬件制作、软件幵发、系统集成和地面半物理仿真验证。首先，本文针对某型固定翼无人机，研究其气动特性和发动机推力特性，分析无人机的三轴气动力和气动力矩，建立完整的非线性自由度模型，设计其

4、内环增稳和外环导航控制律，应用进行数字闭环仿真验证。以此为基础，对无人飞行器飞行控制系统的基本性能、传感器配置、舵面伺服系统性能、处理器和接口、系统实时性提出指标要求。其次，设计了以内核的处理器为核心的自主飞行控制系统，集成数据釆集通信接口、舵机驱动接口、数传电台模块、卡接口和网络接口，完成了系统硬件的制作、焊接、组装与调试，集成系统的软件和硬件，并按照控制律设计框图编写嵌入式控制律软件，完成飞行控制系统的研发与制作。本文创新性地提出了对称式飞行测试的思想，组建实时的半物理仿真环境。将飞机气动力特性和非线性自由度方程编写成代码，编译并下载到计算机中运行，根据

5、视景软件的网络接口协议驱动飞行仿真界面，同时与飞行控制系统组成半物理闭环仿真系统，将得到的结果与数字闭环仿真的结果比较，验证了“对称式飞行测试系统的仿真精度，完成飞行控制系统功能要求，满足飞行控制系统前期研究验证的需求。本文以某型无人机平台为工程案例进行开发，验证了系统的性能指标满足飞行控制系统的研发需求，其技术可以推广应用到类似无人飞行器的飞行控制系统中。同时该系统成本低廉，适用于一般的应用场合。关键词：无人飞行器；飞行控制系统；半物理仿真沈航空航天人宁硕士学位论文，，，，，，，，，，，，，沈航空航天人学硕士学位论文，，沈丨航空航天大学硕士学位论文目录第章

6、概述弓目轻小型无人飞行器飞行控制系统研究现状轻小型无人飞行器飞行控制系统设计技术飞行控制系统总体设计方案飞行控制系统设计需求分析嵌入式飞行控制计算机半物理，仿真系统分析总体方案设计研究内容和章节安排第章无人飞行器控制需求与仿真分析无人飞行器介绍无人飞行器气动力和力矩分析无人飞行器发动机模型假设无人飞行器非线性自由度方程无人飞行器的配平无人飞行器控制律设计及数字仿真验证内环控制律设计外环控制律设计闭环仿真测试数字闭环系统延迟及噪声分析无人飞行器控制需求分析第章飞行控制系统硬件设计及软件设计飞行控制系统硬件设计飞行控制计算机最小系统设计串行接口电路设计输入输出接

7、口设计控制器局域网总线接口设计卡接口电路设计网口电路设计沈航空航天人学硕士学位论文传感器接口电路设计电源电路设计电磁兼容性设计设计与布线驱动软件的设计系统启动流程及初始化输出与采集驱动设计端口模拟驱动设计卡驱动设计及文件系统的移植网络驱动设计及网络协议的实现应用软件的设计飞行控制逻辑设计飞行控制律软件设计第章半物理仿真系统的搭建视景软件介绍视景软件网络协议介绍仿真软件的编写开环数据分析与结果第章“对称式”测试系统闭环仿真验证系统闭环调试系统延时及噪声分析半物理仿真与软闭环仿真比较参考规致谢攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文沈阳航空航天人学硕士学位论文第章概

8、述引言无人飞行器在军用和民用领域有着相当广泛的应用，