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小型无人直升机机载飞行控制系统研究与设计

作　者: 周树勋
导　师: 胡飞
学　校: 上海交通大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无人直升机电磁干扰 ARM数据采集滤波器人工/计算机切换
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 213次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

直升机的优势在于能够垂直起降、侧飞、盘旋等。由于其飞行策略的灵活多变,即使在受限制的区域,直升机也可以自由飞行,并能够在空中长时间悬停。具有自主飞行能力的小型无人直升机,无论在军事还是民用方面都有广泛的应用领域。例如:地理探测与航拍、治安巡逻、作战攻击、资源勘探、森林防火、电影拍摄、农药喷洒等。但是,无人直升机是一个非线性、强耦合以及非稳定的动力学系统,特别在滞空飞行状态下,容易受到风力的干扰。所以,无人直升机自主飞行控制技术,已经成为众多国家的军方及大学等研究机构的研究热点。本文在分析了国内外研究情况基础上,采用模块化思想,设计并实现了无人直升机机载飞行控制硬件系统,它包含电源模块、人工/计算机切换模块、主控制器模块、数据采集控制器模块、传感器模块、无线通讯模块。通过地面测试和飞行实验,表明该飞行控制系统达到设计要求,性能稳定。本文的主要研究内容和成果有:(1)在硬件设备的安装过程中,一方面需要考虑无人直升机是一个强震、强电磁、强射频干扰的环境,它会对传感器数据采集造成影响。另一方面需要考虑设备的重量、功耗、体积等对直升机飞行品质的影响。经过了对这些干扰因素的综合分析,设计了合理可行的安装方案,满足了无人直升机飞行控制硬件系统的安装要求。(2)完成了ARM数据采集模块的设计与实现,为了保证主控器的计算程序能够顺利执行,将实时数据采集任务从主控器上剥离,采用Mini2440作为数据采集板,专门负责传感器的数据采集以及处理。(3)设计并实现了人工/计算机切换模块。它接收遥控接收机和飞行控制系统主控器的PWM信号输入,依据地面的遥控指令,在自动飞行和手动遥控之间进行切换,输出PWM信号直接对舵机进行控制。(4)为了保证飞行实验的顺利执行,设计了无人直升机实验前检测方案。(5)完成了室外飞行控制实验,通过对实验数据的分析,验证了飞行控制系统设计的正确性。本文主要设计并实现了无人直升机机载飞行控制系统,为自主飞行小型无人直升机的研制创造了良好的实验环境。本文所实现的飞行控制硬件系统,已经成功应用于亚拓600型无人直升机的控制试验,无人直升机能够完成自动起飞、定点悬停、定点飞行、自动降落等飞行任务,验证了飞行控制硬件系统设计的可靠性和有效性。

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