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微型无人直升机飞行控制系统软件仿真与系统设计研究

作　者: 王三喜
导　师: 韩波；李平
学　校: 浙江大学
专　业: 控制理论与工程
关键词: 微型无人直升机 模型直升机 飞行跟踪系统 自动飞行 嵌入式平台 飞行测试 地面控制站
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要


微型无人直升机在军用和民用方面都具有广泛的应用价值，一直以来都是国内外很多机构和组织的研究对象。微型无人直升机飞行控制系统是一个以计算机控制为基础的复杂系统，它涉及到系统建模、软件仿真、软硬件设计与集成等方面的问题。 建立完善的仿真平台是微型直升机飞行导航、控制算法设计和控制系统开发中极其重要的一部分。本文首先介绍了系统设计需求、系统结构和设计过程；第二章在分析模型直升机飞行机理的基础上，结合Raptor?60模型直升机的特点，对常规的模型直升机数学模型进行了修改，提出了地面碰撞模型，引入了阵风模型和阵风扰动模型；在第三章研究如何利用已知的数学模型和飞行导航控制算法建立软件仿真平台，以及如何利用软件仿真平台来测试自动起飞过程中的地面碰撞模型、模型直升机悬停时的阵风影响和飞行控制算法；在第四章中讨论了机载平台的硬件选型和集成问题，重点分析了飞行控制计算机的选型和扩展设计、伺服器驱动电路和驱动程序的设计、惯性测量单元的选型和调试、罗盘的选型和调试。第五章首先建立了机载运行环境，这包括引导程序、操作系统和根文件系统的装载，外围设备驱动程序的设计，然后分析在运行环境基础上的软件设计，最后提出了两种测试软硬件协调工作性能的方案。在本篇论文的最后，就微型无人直升机控制系统设计中存在的问题做了一定的探讨和展望。

全文目录


第一章 绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 需求分析  10-11
  1.3 系统结构  11-12
  1.4 设计过程  12-15
第二章 飞行机理与数学模型  15-33
  2.1 模型直升机飞行机理  15-23
    2.1.1 螺旋桨运动  15-22
      2.1.1.1 螺旋桨几何结构  16-17
      2.1.1.2 空气动力  17-19
      2.1.1.3 飞行阻力  19-20
      2.1.1.4 陀螺进动  20-21
      2.1.1.5 离心力和扭矩  21-22
    2.1.2 悬停和垂直飞行  22
    2.1.3 向前飞行  22-23
  2.2 数学模型  23-33
    2.2.1 模型直升机刚体模型  25-26
    2.2.2 螺旋桨模型  26-28
    2.2.3 控制翼模型  28-29
    2.2.4 机身和尾舵  29
    2.2.5 椭圆地球模型  29-30
    2.2.6 地面碰撞模型  30-31
    2.2.7 阵风模型和阵风扰动模型  31
    2.2.8 伺服器模型  31
    2.2.9 传感器模型  31-33
第三章 飞行软件仿真  33-49
  3.1 设计要求  33-34
  3.2 模型整合  34-37
    3.2.1 模型实例化  34-35
    3.2.2 整合流程  35-37
  3.3 飞行状态  37-40
    3.3.1 飞行姿态  37-38
    3.3.2 空间位置  38-40
  3.4 控制器设计  40-42
  3.5 导航  42-44
  3.6 地面控制站  44-46
  3.7 仿真测试  46-49
第四章 硬件设计  49-66
  4.1 模型直升机  50
  4.2 飞行控制计算机  50-51
  4.3 执行器  51-52
  4.4 传感器  52-57
    4.4.1 惯性测量单元  52-53
    4.4.2 GPS  53-55
    4.4.3 高度仪  55-56
    4.4.4 罗盘  56-57
  4.5 无线传输设备  57-58
  4.6 电源模块  58
  4.7 硬件扩展与调试  58-64
    4.7.1 EP7312  58-59
    4.7.2 伺服驱动器  59-61
    4.7.3 惯性测量单元  61-62
    4.7.4 罗盘  62-64
  4.8 硬件集成设计  64-66
第五章 机载软件与仿真测试  66-76
  5.1 机载运行环境  66-70
    5.1.1 引导程序  67-68
    5.1.2 操作系统  68-69
    5.1.3 根文件系统  69-70
    5.1.4 驱动程序设计  70
  5.2 系统I／O  70-71
  5.3 实时任务调度和设计  71-72
  5.4 数据流  72-73
  5.5 硬件测试方案  73-76
第六章 总结与展望  76-77
参考文献  77-80

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 计算机仿真
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