基于FPGA的无人直升机飞行控制系统设计

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直升机可以空中悬停、垂直起降,且具有良好的低速机动性,这使得其可以执行各种各样的任务。而小型无人直升机由于其无人和智能的特点进一步丰富了它的应用范围。作为小型无人直升机的核心部分,飞行控制系统一直是研究的热点。本文以小型无人直升机为研究对象,应用最新的FPGA技术为其探索飞行控制系统方案。  本文首先确定了飞行控制系统的总体方案,包括导航方案、执行机构以及其他航电设备的选型,以及FPGA飞控计算机的硬件系统方案,完成了FPGA飞控计算机硬件板级设计。  其次根据飞行控制系统任务需求设计了多个集成在FPGA芯片上的专用功能IP。同时应用SOPC的多核技术设计片上双处理器系统并根据每个处理器的任务分配添加功能IP最终完成片上双处理器系统的设计和搭建。  随后根据无人直升机飞行稳定性及飞行品质要求,设计了基于PID算法的内外回路飞行控制律。并应用uc/OS-II嵌入式操作系统完成两个处理器系统的软件程序开发,包括自行设计的功能IP驱动程序以及数据采集、飞控算法、数据存储与管理等应用程序。  最后完成飞控系统的集成与测试,并进行试飞调参工作。通过飞行试验,验证本文中所设计的无人直升机飞行控制系统。试验结果表明飞行控制系统满足飞行控制要求。
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