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1、Oct2006航天控制63Vol24,No.5AerospaceControl基于DSP的总线式飞控系统韩建斌朱纪洪章恒孙海松曾朔清华大学,北京100084摘要针对小型无人机控制系统对功耗、成本、可集成性等的较高要求,设计了一种基于DSP芯片TMS320F2812的总线式飞行控制系统。详细阐述了系统的设计思想及其基本硬件构成,包括采用DSP为处理单元的飞控计算机、采用低成本MEMS惯性器件的捷联式姿态航向基准系统(航姿仪)和提高通讯可靠性的双余度总线。飞行试验表明该系统
2、满足小型无人机自主控制任务对于可靠性和精度的要求,同时也是一种轻型、低成本、高集成度的方案。关键词飞控系统无人飞机航姿仪总线+中图分类号:TP2735文献标识码:A文章编号:10063242(2006)05006305ABusstructureFlightControlSystemBasedonDSPHanJianbinZhuJihongZhangHengSunHaisongZengShuoTsinghuaUniversity,Beijing100084,ChinaAbs
3、tractAbusstructureflightcontrolsystemusingDSPasprocessorisdesigned,whichaimsatthedemandsofpower,costandintegrationfromsmallUnmannedAerialVehicle(UAV).Thedesignschemeandhardwarestructureareexpatiated,includingtheflightcontrolcomputerbasedonTMS320F2812D
4、SP,strapdownAttitudeHeadingReferenceSystem(AHRS)whichusescheapMEMSdevicesandthedualredundancybuseswhichincreasethecommunicationreliability.FlighttestsshowthatthesystemcouldsatisfythereliabilityandprecisionneedsofsmallUAV,andisakindoflightweight,lowco
5、stschemewithhighintegration.KeywordsFlightcontrolsystemUnmannedAerialVehicleAHRSBus根据不同系统的性能进行有效裁减,资源浪费,成本1引言高。此外,PC/104复位启动时间至少需要数秒,需[1]要作较复杂的修改才可以减小启动时间。因此,近年来由于MEMS惯性器件的发展和微处理很多小型无人机的机载系统偏向于小型化、低功耗[2,3]器计算能力的提高,各种小型无人机获得了很大发的系统,但是这其中又牺牲了系统的集成度,使
6、展。虽然目前有许多成熟的商业产品可用作无人机得系统难于扩展,并且安装调试不便。我们针对以飞行控制系统,但是其重量、功耗等各方面难以满足上提到的一些现有系统存在的问题,开发了基于小型机的要求。以PC/104系统为例,目前基于PC/DSP的总线式飞行控制系统。本文首先对飞控系统104总线的无人机飞行控制器,由控制板、通信板、的应用对象小型无人直升机系统作一介绍,然后详信号处理板、接口板、电源板等多块插件组成,很难细阐述了各个分系统方案,并给出了双余度总线的收稿日期:2005050964航天控
7、制2006年通讯协议。3基于DSP的飞行控制计算机2总体技术方案飞控计算机通过总线获取由航姿仪计算出的飞一般无人机系统可分为机载飞行控制系统和地机位置姿态信息,根据控制算法计算出执行机构的面站,如图1所示。飞控系统负责维持飞机的稳定作动量,然后将控制指令发送给总线上的灵巧作动飞行,地面站监控飞机的状态并作出下一步飞行的器,以改变飞机的飞行状态。同时,飞控计算机还负目标规划。飞控系统按照功能可以划分为飞控计算责接收地面站发送的指令,并将飞机姿态等信息发机、航姿仪、大气数据计算机和灵巧作动器等。飞控回
8、地面站。飞控计算机采用DSP芯片为处理器,配计算机是飞控系统的主控单元;航姿仪和大气数据合扩展RAM,FLASH,多路数字及模拟I/O,并提供计算机是飞机上的传感器部件,负责给出飞机的位多种引导方式,方便系统调试。图3为飞控计算机置姿态等导航和控制需要的信息;作动器是飞控指的电路结构图,标出了外扩存储器、数字和模拟I/O令的执行单元,由作动器操纵飞机的各个舵面,改变接口以及电源等。其主要特性包括:其飞行状态。(1)处理器采用TI(Texas
