基于DSP和FPGA的无人直升机飞行控制系统-论文.pdf

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1、2015年7月计算机工程与设计July2015第36卷第7期COMPUTERENGINEERINGANDDESIGNVo1．36NO．7基于DSP和FPGA的无人直升机飞行控制系统江涛，吴爱国，郭润夏。，崔巍，张洁(1．天津大学电气与自动化工程学院，天津300072；2．中国民航大学航空自动化学院，天津300300)摘要：为实现无人直升机的先进飞行控制算法，设计基于DSP和FPGA的无人直升机飞行控制系统。DSP数字信号处理能力强，主要实现复杂的飞行控制算法；FPGA作为DSP的协处理器，主要实现传感器信号的采集和处理、舵机驱动以及地面站监控。由于任务分配合理，该系统计算能力强、实时性好、灵

2、活度高，为实现先进飞行控制算法提供了良好的硬件基础。通过无人直升机姿态控制实验验证了该系统的有效性。关键词：数字信号处理器；现场可编程门阵列；无人直升机；飞行控制系统；飞行控制算法中图法分类号：TP23文献标识号：A文章编号：1000—7024(2015)07—1742—05d0i：10．16208~．issnl000—7024．2015．07．013FlightcontrolsystemofunmannedhelicopterbasedonDSPandFPGAJIANGTao，WUAi-guo，GUORun-xia。，CUIWei，ZHANGJie(1．SchoolofElectrical

3、EngineeringandAutomation，TianjinUniversity，Tianjin300072。China；2．SchoolofAeronauticalAutomation，CivilAviationUniversityofChina，Tianjin300300，China)Abstract：Torealizeadvancedflightcontrolalgorithmsofunmannedhelicopter，aflightcontrolsystemofunmannedhelicopterbasedonDSPandFPGAwasdesigned．DSPmainlyimpl

4、ementedthecomplexflightcontrolalgorithmduetoitspowerfuldigitalsignalprocessingability．AsDSP’Scoprocessor，FPGAmainlyimplementedsensorsignalacquisitionandprocessing，servodriveandgroundstationmonitoring．Becauseofthereasonabletaskassignment，thedesignedflightcontrolsystemhascharacteristicsofstrongcomput

5、ingpower，goodreal-timeandhighflexibility，providingagoodhardwarebasisforrealizingadvancedflightcon～trolalgorithms．Throughtheexperimentofunmannedhelicopterattitudecontrol，theeffectivenessofthedesignedsystemisverified．Keywords：DSP；FPGA；unmannedhelicopter；flightcontrolsystem；flightcontrolalgorithm舵机驱动信

6、号，并无优势，反而会影响控制的实时性，而0引言FPGA的突出特点是超高速和并行性_6]，可并发地生成舵相较于简单的PID控制，先进飞行控制算法(如非线机驱动信号，采集、处理多个传感器的信息，具有很好的实性控制、智能控制等)考虑了无人直升机强耦合、非线性、时I生。所设计系统结合DSP和F的优点，实现了合理的时变的特点，能提高无人直升机的飞行性能、抗扰性和可任务分配，具有计算能力强、实时性好、灵活度高的特点，靠性[1]。为了实现涉及复杂计算的先进飞行控制算法，本为实现无人直升机的先进控制算法提供了良好的硬件基础。文设计出基于DSP和FPGA的无人直升机飞行控制系统。1飞行控制系统架构设计与通用型

7、嵌入式微处理器相比，DSP采用了独特的体系结构，具备硬件乘法器、哈佛结构并提供独立的双总线结如图1所示，无人直升机飞行控制系统的核心是飞行构，因此它具有很强的数字信号处理能力，可用于实现复杂控制器。以飞行控制器为基础，增加各类机载设备和模型的控制算法_4]。然而，DSP采集、处理传感器信息，生成直升机即构成无人直升机飞行控制系统。收稿日期：2014—08—06；修订日期：2014—10—15基金项目：国家自然