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基于μC/OS-Ⅱ的无人机飞行控制软件设计与开发

作　者: 潘小亮
导　师: 黄一敏
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 无人机 μC/OS-II MPC555处理器 机载飞行控制软件 等效飞行控制软件
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着无人机飞行控制系统功能越来越复杂,无人机飞行控制软件性能要求也越来越高。课题正是在这个研究背景和实际工程项目需求下提出的,本文采用了新思路设计开发无人机飞行控制软件。机载飞行控制软件在飞行控制计算机上开发底层运行环境和功能服务模块,而核心的控制功能模块在等效飞行控制软件中设计开发,控制功能模块设计完成后无需任何移植直接等效到机载飞行控制软件中,最终形成完整的机载飞行控制软件。首先,在MPC555处理器的飞行控制计算机设计开发了机载飞行控制软件的底层运行环境和功能服务模块。完成了μC/OS-II实时操作系统在MPC555处理器上的移植,开发了飞行控制计算机的Flash读写、实时时钟存储读写驱动、看门狗驱动、模拟量驱动、离散量驱动以及串口通信驱动等。同时在已建立的底层运行环境上,对机载飞行控制软件进行任务划分和优先级分配,详细设计了各个功能服务模块的任务,通过共享数据结构和信号量解决了各个任务之间可靠数据通信。其次,根据等效飞行控制软件的设计思想在Windows XP平台下利用μC/OS-II实时操作系统设计开发等效飞行控制软件,着重阐述了控制功能模块各个任务设计过程,以及解决了与等效仿真控制台之间的数据通信问题。并在等效仿真环境中对开发设计的控制功能模块进行仿真验证和优化工作。最后,对已开发完成的机载飞行控制软件进行性能测试,并在半物理实时仿真系统中对所设计的机载飞行控制软件进行全面的仿真验证。实验结果表明了所设计的飞行控制软件结构、逻辑以及控制策略是合理的,也证明了采用等效飞行控制软件设计开发和验证控制功能模块的方法是可行的。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
图表清单  9-12
注释表  12-15
第一章 绪论  15-22
  1.1 引言  15
  1.2 国内外研究现状  15-16
  1.3 课题研究背景  16-19
    1.3.1 研究基础  16-19
    1.3.2 存在的主要问题  19
  1.4 课题研究内容  19-20
  1.5 本文章节安排  20-22
第二章 飞行控制软件设计方案  22-35
  2.1 引言  22
  2.2 飞行控制系统硬件配置  22-24
    2.2.1 飞行控制系统配置  22-23
    2.2.2 飞行控制计算机特点  23-24
  2.3 飞行控制软件需求分析  24-26
  2.4 飞行控制软件的架构设计  26-32
    2.4.1 飞行控制软件设计思路  26-28
    2.4.2 机载飞行控制软件设计  28-30
    2.4.3 等效飞行控制软件设计  30-32
  2.5 飞行控制软件测试与验证方案  32-34
    2.5.1 机载飞行控制软件测试  32
    2.5.2 飞行控制软件仿真验证  32-34
  2.6 本章小结  34-35
第三章 机载飞行控制软件驱动开发  35-49
  3.1 引言  35
  3.2 μC/OS-II 在 MPC555 上移植  35-41
    3.2.1 μC/OS-II 移植内容  35-36
    3.2.2 移植的具体步骤  36-41
  3.3 CPU 板卡驱动设计与实现  41-43
  3.4 模拟量驱动设计与实现  43-45
  3.5 离散量驱动设计与实现  45-46
  3.6 串口驱动设计与实现  46-48
    3.6.1 处理器串口驱动  46-47
    3.6.2 扩展串口驱动  47-48
  3.7 本章小结  48-49
第四章 机载飞行控制软件功能服务模块设计  49-57
  4.1 引言  49
  4.2 任务划分  49-50
  4.3 任务间的通信  50-51
  4.4 传感器模块  51-53
    4.4.1 数字量传感器  51-52
    4.4.2 模拟量传感器  52-53
  4.5 无线电通信模块  53-55
  4.6 执行机构模块  55-56
  4.7 辅助模块  56
  4.8 本章小结  56-57
第五章 等效飞行控制软件设计  57-78
  5.1 引言  57
  5.2 运行环境  57-59
  5.3 任务划分  59-61
  5.4 数据通信模块  61-64
    5.4.1 上行数据通信任务  61-63
    5.4.2 下行数据通信任务  63-64
  5.5 控制功能模块  64-74
    5.5.1 控制律模块  64-67
    5.5.2 导航模块  67-74
  5.6 辅助模块  74
  5.7 控制功能模块验证  74-77
  5.8 本章小结  77-78
第六章 机载飞行控制软件测试与仿真验证  78-88
  6.1 引言  78
  6.2 机载飞行控制软件测试  78-83
    6.2.1 移植可靠性测试  78-79
    6.2.2 实时性测试  79
    6.2.3 驱动测试  79-83
  6.3 仿真验证  83-86
    6.3.1 半物理实时仿真验证  83-85
    6.3.2 仿真结果分析  85-86
  6.4 本章小结  86-88
第七章 总结与展望  88-90
  7.1 本文的主要研究工作  88-89
  7.2 后续工作展望  89-90
参考文献  90-93
致谢  93-94
在学期间的研究成果及发表的学术论文  94

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空仪表、航空设备、飞行控制与导航 > 飞行控制系统与导航 > 飞行控制
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