文档介绍：学校代码: 10406 分类号:V249 学号: 080081102005 南昌航空大学硕士学位论文(学位研究生) 无人机飞控系统与实时航迹规划研究硕士研究生: 刘贤敏导 师: 王 琪教授申请学位级别:硕士学科、专业: 检测技术与自动化装置所在单位: 信息工程学院答辩日期: 2011 年 6 月授予学位单位:南昌航空大学 A design for UAV Flight Control System AND Research on Real_time Path Planning A Dissertation Submitted for the Degree of Master On Detection Technology and Automatic Equipment by LiuXianmin Under the Supervision of Prof. WangQi School of Electronic and Informational Engineering Nanchang Hangkong University, Nanchang, China 摘要目前, 研发、生产和装备无人机成为了世界各国共同发展趋势。飞控系统作为无人机的重要组成部分,主要完成飞行控制和飞行管理,其性能的好坏直接影响无人机飞行品质和安全。飞控系统主要分为 3个部分,飞控计算机、传感器、执行机构。本文在分析飞控系统结构、工作原理的基础上构建飞控系统硬件平台。硬件平台核心处理器采用的 TI 公司的 TMS320F2812 ,并与 FLASH 、SRAM 存储器和电源电路一起组成飞控计算机子系统,此外为了方便调试,增加液晶显示部分;传感器子系统包括捷联惯导模块、 GPS 和高度计。本文分析了各传感器的电路并完成驱动程序的设计及其调试;执行机构为舵机,执行机构方面主要分析了舵机的原理并完成舵机的驱动。为了实现无人机与地面的通讯,飞控系统增加了无线收发模块。收发模块由单片机 STC12LE5A60S2 控制,无线收发芯片采用的是 Silicon Labs 公司的 Si4432 。该模块除了实现通讯功能, 同时还可以独立产生 PWM 波控制舵机。当 DSP 出现故障或者放弃控制时,可通过无线收发模块遥控无人机。捷联惯导模块采用 ADI 公司的单轴角速率陀螺 ADIS16080 和三轴加速计 ADXL345 组合而成。由于捷联惯导传感器测得的数据为加速度值和角加速度值, 而无人机需要得到的为无人机姿态、速度和位置数据。因此需要对其进行解算。本文分析和研究了四元素解算算法。航迹规划通常作为任务规划的子系统,是无人机系统的一部分。由于缺乏有人驾驶,无人机在面对瞬息变化的战场往往不能做出及时决策,而实时航迹规划可以在一定程度上弥补这一缺陷。本文就无人机航迹规划进行了研究,主要完成航迹规划的建模和规划算法的实现。规划算法主要包括遗传算法、概率地图方法、分层策略方法,文中分析了各算法原理和对应的程序设计,并在 MATLAB 中仿真实现。最后系统采用分层策略的方法实现了在线航迹规划中的航迹再规划。关键词: 无人机、飞控系统、捷联惯导、航迹规划 I Abstract Now, the development, production and equipment of UAV has e mon trend around the world. As an important part in UAV, Automatic Flight Control System is responsible for flight control and flight management, The p erformance impacts on UAV’s flying quality and safety directly. Flight Control System consists of three parts: flight puter system, sensors and actuators .This paper analyzes the structure of the flight control system , working principle; TMS320F2812 which is produced by TI is the Core processor in flight puter t here are also FLASH, SRAM memory and power supply circuit in i