小型无人倾转旋翼机飞控系统软件设计

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1、中图分类号：V249.1论文编号：102870115-S251学科分类号：082520硕士学位论文小型无人倾转旋翼机飞控系统软件设计研究生姓名许斌学科、专业航空宇航科学与技术（直升机工程）研究方向直升机飞行力学与控制指导教师陈仁良教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringSoftwareDesignofFlightControlSystemfor

2、SmallUnmannedTilt-RotorAThesisinAerospaceScienceandTechnology（HelicopterEngineering）FlightVehicleDesignbyXuBinAdvisedbyProf.ChenRenliangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2014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

3、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针对小型倾转旋翼机提出了飞行控制系统硬件配置方案，在此基础上建立小型无人倾转旋翼机飞行动力学数学模型，该模型基于叶素理论建立小型无人倾转旋翼机旋翼气动模型，结合风洞试验数据

4、建立机翼、机身、平尾和垂尾等部件的气动模型，将各部分模型组合成完整的倾转旋翼机飞行动力学模型，得到小型倾转旋翼机的控制对象特性，然后采用PID设计方法进行飞行控制律设计。根据小型倾转旋翼机飞行控制系统硬件和飞行控制律，进行飞行控制系统软件设计，设计了飞控系统软件的控制逻辑和各个组成模块，串口数据收发、帧数据解析等在嵌入式系统内的实现方式以及对各种指令的处理、倾转旋翼机飞行模式间控制律切换以及地面站设计。在整个设计环节采用等效飞控法对飞控系统进行了虚拟化，使得飞控系统的软件可以在PC上面运行，可以快速方便的移植到嵌入式系统。最后，采用半物

5、理仿真对飞控系统的功能进行了验证。关键词：倾转旋翼机，飞控系统，软件设计，等效飞控，嵌入式I小型无人倾转旋翼机飞控系统软件设计ABSTRACTAhardwareconfigurationschemeofflightcontrolsystemfortilt-rotorisproposedinthispaper,andaflightdynamicmodelfortilt-rotorisestablishedonthatbase.Therotordynamicmodelisbasedonbladeelementtheory,andthemod

6、elofwing,fuselage,horizontaltailandverticaltailisbasedonexperimentaldatafromwindtunnel.Atlasteachpartiscombinedintoacompleteflightdynamicmodeloftilt-rotor.Afterwegettheplantcharacteristicfortilt-rotor,aPIDcontrollerisdesigned.Accordingtotheflightdynamicmodelandcontrolrul

7、efortilt-rotor,eachmodelinaflightcontrolsystemofasoftwareofflightcontrolsystemisdesigned,includingthecontrollogic,datareceivingandsending,serialdataandframedataprocessingandthedesignofagroundstationsystem,Andtherealizationofflightcontrolsysteminembeddedsystemisachieved.I

8、nthewholedesignprocess,anequivalentflightcontrollerisbuilttovirtualizetheflightcontrolsystem.So,thesoft