文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
基于SCADE的无人机飞行控制系统软件设计
姓名:张合军
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:陈欣;张民
20070101
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
无人机飞行控制系统软件是无人机完成各项功能的重要角色,传统无人机软件的
设计方法采用人工编码,随着飞行控制系统功能复杂性的提高,人工编码存在着一些
不足,比如代码的开发效率和安全性要求。
本文主要研究了一种新的无人机飞行控制系统软件开发方法。使用高安全性软件
开发环境(Safety-Critical Application Development Environment,简称 SCADE)设计、
开发无人机飞行控制系统软件,并通过半物理飞行仿真试验进行测试,验证了设计的
正确性。
首先介绍了 SCADE 软件的理论背景和关键概念,介绍了 SCADE 软件可视化的
建模方法,确定对飞行控制系统软件设计分为两部分:对连续控制采用数据流图方法,
对离散状态逻辑控制采用安全状态机方法。
其次在 SCADE 软件设计环境中建立了某型无人机的六自由度非线性数学模型,
并利用龙格库塔法进行微分方程解算。
再次按照 SCADE 开发嵌入式软件的程序设计流程,即通过直观的图形化建模,
通过模拟仿真保证设计的功能正确性,通过形式验证保证设计的安全性,最终自动生
成可直接面向工程的嵌入式飞行控制软件 C 代码。通过对由 SCADE 自动生成的 C
代码与实际飞行控制计算机硬件驱动程序进行集成,得到完整的飞行控制软件。
最后通过半物理实时仿真试验,验证了采用 SCADE 设计飞行控制软件的正确性。
实际飞行控制软件设计过程与测试结果表明,SCADE 在很大程度上实现了软件开发
的自动化,节约了开发成本和开发时间,并具有很高的安全性特征,满足无人机飞行
控制系统软件开发要求。

关键词:无人机,软件设计,SCADE,高安全性,数据流图方法,安全状态机方法,
半物理实时仿真

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基于 SCADE 的无人机飞行控制系统软件设计
ABSTRACT
The software of flight control system plays a very important role for UAV to
complete every functions, the traditional design of flight control software of UAV usually
comes true by writing program manually, with the increase of plexity of the
flight control system, manual coding has some disadvantage, such as the efficiency and
security of development.
This paper researches a kind method of software design of UAV flight control, using
the Safety-Critical Application Development Environment-SCADE to design and develop
the software of UAV flight control system, and by the hardware in the loop simulation
validates the correctness of design.
At first, we present theory backguoud and key concept of SCADE, and present visual
modeling method, then make sure two parts for software design: for continue contorl using
date flow and for disperse state control using safe state machine.
Secondly, nonlinear six-degree-of-freedom UAV model is built in the SCADE
environment, and using the RungeKutta arithmetic calculates differential eq