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基于dSPACE的无人机飞行控制快速原型设计

作　者: 王刚
导　师: 黄一敏
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 无人机飞行控制快速原型 dSPACE 控制台半物理实时仿真
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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引　用: 4次
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内容摘要

随着无人机在军事和民用领域内的广泛应用,特别是在现代战争中的独特作用,无人机的研制在世界范围内蓬勃发展。用户对无人机飞行控制系统鲁棒性及可靠性的要求也日益增加,同时对飞行控制软件的开发周期也提出了要求。如何加快飞行控制软件的开发,并使之具有较高的置信度和可靠性,就需要找到一个良好的开发和测试环境。论文首先介绍了无人机飞行控制快速原型设计的过程,研究了该系统的总体结构。根据快速原型在无人机飞行控制系统设计上的应用特点,与dSPACE实时仿真平台相结合,设计适合飞行控制应用的快速原型环境,包括底层模块、飞行任务管理模块和快速原型控制台。然后,分别对各个模块进行具体设计。底层模块的设计包括串口通信模块和模拟量输入输出模块。通过有限状态机原理对无人机飞行控制任务管理模块设计,并针对dSPACE和Simulink结合的特点,研究飞行控制软件的多任务管理在快速原型设计中的应用。结合与本实验室应用成熟的Tilcon软件,通过dSPACE软件的CLIB接口函数库,设计了适合于无人机飞行控制特点的快速原型控制台软件。最后,通过dSPACE平台与“实时仿真设备”搭建的半物理环境进行了无人机全过程飞行的半物理实时仿真,分析了快速原型技术在无人机飞行控制系统设计中的作用,验证了本文研究内容的正确性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-13
第一章绪论  13-27
  1.1 引言  13-14
  1.2 无人机飞行控制系统  14-15
  1.3 dSPACE 实时系统  15-20
    1.3.1 dSPACE 软件介绍  16-18
    1.3.2 dSPACE 实时系统硬件配置  18-20
  1.4 无人机飞行控制系统设计方法  20-23
    1.4.1 传统设计方法  20-21
    1.4.2 快速原型设计方法  21-23
  1.5 研究背景和拟解决问题  23-25
    1.5.1 研究背景  23-24
    1.5.2 拟解决的问题  24-25
  1.6 本文的主要研究内容  25-27
第二章快速原型设计总体结构  27-37
  2.1 引言  27
  2.2 快速原型系统硬件结构  27-29
  2.3 快速原型飞行控制软件设计  29-31
    2.3.1 传感器模块设计  29-30
    2.3.2 执行机构模块设计  30-31
    2.3.3 飞行任务管理模块设计  31
  2.4 快速原型控制台软件设计  31-36
    2.4.1 快速原型控制台功能设计  31-33
    2.4.2 ControlDesk 测试试验软件  33
    2.4.3 Tilcon 软件  33-35
    2.4.4 CLIB 结合Tilcon 设计的快速原型控制台  35-36
  2.5 小结  36-37
第三章传感器串口通信模块  37-48
  3.1 引言  37
  3.2 dSPACE 实时系统串口通信设计方式  37-40
    3.2.1 基于RTI 串口模块的设计方式  37
    3.2.2 基于RTLib 函数库的嵌入C 代码模块的设计方式  37-40
  3.3 传感器串口通信模块设计  40-46
    3.3.1 传感器配置  40-43
    3.3.2 S 函数传感器串口通信模块设计  43-46
  3.4 传感器串口通信模块测试  46-47
  3.5 小结  47-48
第四章基于 Stateflow 的飞行任务管理模块设计  48-57
  4.1 引言  48
  4.2 Stateflow 介绍  48-53
    4.2.1 有限状态机原理  48
    4.2.2 Simulink 模型和Stateflow 状态机  48-49
    4.2.3 Stateflow 图的组成元素  49-53
  4.3 基于 Stateflow 的多模态飞行控制  53-56
    4.3.1 飞行控制律  53-54
    4.3.2 飞行任务管理条件执行子系统  54-55
    4.3.3 飞行任务管理模块  55-56
  4.4 小结  56-57
第五章多任务模式的快速原型设计  57-63
  5.1 引言  57
  5.2 飞行控制的多任务模式  57-59
    5.2.1 飞行控制软件多任务机制  57-58
    5.2.2 dSPACE 多任务机制  58-59
  5.3 基于S 函数的任务模块设计  59-61
    5.3.1 延时功能函数设计  59-60
    5.3.2 任务模块通用模板化设计  60-61
  5.4 小结  61-63
第六章快速原型控制台设计  63-81
  6.1 引言  63
  6.2 CLIB 接口函数库与 dSPACE 内存变量管理  63-67
    6.2.1 CLIB 接口函数库  63-65
    6.2.2 dSPACE 内存变量管理  65-67
  6.3 TRC 文件分析与读取变量设计  67-72
    6.3.1 TRC 文件分析  67-69
    6.3.2 TRC 文件读取操作设计思路  69-70
    6.3.3 TRC 文件读取函数原型设计  70-72
  6.4 快速原型控制台应用程序  72-77
    6.4.1 Tilcon 软件开发系统  72-74
    6.4.2 基于Tilcon 的应用程序主框架  74-75
    6.4.3 控制台应用程序框架设计  75-76
    6.4.4 控制台主界面设计  76-77
  6.5 快速原型控制台功能模块  77-80
    6.5.1 dSPACE 接口功能模块  78
    6.5.2 地面检测功能模块  78-79
    6.5.3 遥控遥测功能模块  79-80
  6.6 小结  80-81
第七章样例无人机快速原型半物理实时仿真  81-85
  7.1 引言  81
  7.2 半物理实时仿真试验环境  81-82
  7.3 快速原型半物理试验验证  82-84
    7.3.1 控制参数调整与历史曲线功能验证  82-83
    7.3.2 飞行任务管理与航迹显示功能验证  83-84
  7.4 小结  84-85
第八章结论与展望  85-87
  8.1 本文的主要工作  85
  8.2 后续研究工作展望  85-87
参考文献  87-90
致谢  90-91
在学期间发表的论文  91

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