无人机飞控系统与实时航迹规划研究.pdf

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1、学校代码10406分类号V249盲审编号222密级学号080081102005题目无人机飞控系统与实时航迹规划研究作者刘贤敏学科、专业检测技术与自动化装置指导教师王琪申请学位日期2011.06学校代码：10406分类号：V249学号：080081102005南昌航空大学硕士学位论文（学位研究生）无人机飞控系统与实时航迹规划研究硕士研究生：刘贤敏导师：王琪教授申请学位级别：硕士学科、专业：检测技术与自动化装置所在单位：信息工程学院答辩日期：2011年6月授予学位单位：南昌航空大学AdesignforUAVFlightCo

2、ntrolSystemANDResearchonReal_timePathPlanningADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnDetectionTechnologyandAutomaticEquipmentbyLiuXianminUndertheSupervisionofProf.WangQiSchoolofElectronicandInformationalEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJun

3、e.2011摘要目前，研发、生产和装备无人机成为了世界各国共同发展趋势。飞控系统作为无人机的重要组成部分，主要完成飞行控制和飞行管理，其性能的好坏直接影响无人机飞行品质和安全。飞控系统主要分为3个部分，飞控计算机、传感器、执行机构。本文在分析飞控系统结构、工作原理的基础上构建飞控系统硬件平台。硬件平台核心处理器采用的TI公司的TMS320F2812，并与FLASH、SRAM存储器和电源电路一起组成飞控计算机子系统，此外为了方便调试，增加液晶显示部分；传感器子系统包括捷联惯导模块、GPS和高度计。本文分析了各传感器的电路

4、并完成驱动程序的设计及其调试；执行机构为舵机，执行机构方面主要分析了舵机的原理并完成舵机的驱动。为了实现无人机与地面的通讯，飞控系统增加了无线收发模块。收发模块由单片机STC12LE5A60S2控制，无线收发芯片采用的是SiliconLabs公司的Si4432。该模块除了实现通讯功能，同时还可以独立产生PWM波控制舵机。当DSP出现故障或者放弃控制时，可通过无线收发模块遥控无人机。捷联惯导模块采用ADI公司的单轴角速率陀螺ADIS16080和三轴加速计ADXL345组合而成。由于捷联惯导传感器测得的数据为加速度值和角加

5、速度值，而无人机需要得到的为无人机姿态、速度和位置数据。因此需要对其进行解算。本文分析和研究了四元素解算算法。航迹规划通常作为任务规划的子系统，是无人机系统的一部分。由于缺乏有人驾驶，无人机在面对瞬息变化的战场往往不能做出及时决策，而实时航迹规划可以在一定程度上弥补这一缺陷。本文就无人机航迹规划进行了研究，主要完成航迹规划的建模和规划算法的实现。规划算法主要包括遗传算法、概率地图方法、分层策略方法，文中分析了各算法原理和对应的程序设计，并在MATLAB中仿真实现。最后系统采用分层策略的方法实现了在线航迹规划中的航迹再规

6、划。关键词：无人机、飞控系统、捷联惯导、航迹规划IAbstractNow,thedevelopment,productionandequipmentofUAVhasbecomeacommontrendaroundtheworld.AsanimportantpartinUAV,AutomaticFlightControlSystemisresponsibleforflightcontrolandflightmanagement,TheperformanceimpactsonUAV’sflyingqualityandsaf

7、etydirectly.FlightControlSystemconsistsofthreeparts:flightcontrolcomputersystem,sensorsandactuators.Thispaperanalyzesthestructureoftheflightcontrolsystem,workingprinciple;TMS320F2812whichisproducedbyTIistheCoreprocessorinflightcontrolcomputersystem.Andthereareal

8、soFLASH,SRAMmemoryandpowersupplycircuitinit.Inaddition,inordertodebuggingeasily,LCDisaddedtoflightcontrolcomputersystem;Thesensorsincludestrapdowninertialnavigationsy