某飞行机电系统控制器设计
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摘要
本课题是单兵榴弹灵巧化设计的一部分,完成的是单兵灵巧榴弹控制器的设计,并对弹载控制器总体方案、硬件平台、算法模块及控制器内核模块进行了设计和探索研究。
论文首先介绍了单兵灵巧榴弹的特点,对采用FPGA做为弹载控制器的特点进行了分析,并对单兵灵巧榴弹中所使用的微型脉冲推力控制器以及前端探测信号的处理作了详细的介绍。其次分别从控制器的电源系统设计、FPGA控制器设计和AD采集系统设计三方面详细提出了硬件平台设计方案。第三,对控制算法和点火算法中使用到的运算模块进行设计,如加减法模块、乘法器、除法器以及一些特殊函数的计算模块,并针对各个模块进行了测试和验证,保证算法设计中的正确性。第四,完成了控制器内核设计部分,采用模块设计的方法,分别设计了AD采集模块、控制算法模块、点火算法模块的设计。最后,对基于FPGA的弹载控制器设计进行了总结,并对控制器内核设计的优化提出了进一步的解决方案。
In this paper, the controller of the infantry smart grenade has been designed and the scheme of the infantry grenade controller, the hardware, the arithmetic module and the kernel have been implemented.
First, the characteristic of the infantry smart grenade and the virtues and faults of using FPGA as the controller are discussed, and then the vector pulse engine and the processing of the detected signal are introduced. Second, the hardware is designed based on the power supply, the FPGA controller and the AD acquisition. Thirdly, the arithmetic module that will be used in the project are designed, such as the adder and subtraction module, the multiplication, the division and some special functions, then we test and validate the module to ensure the validity . Fourthly, the design of the kernel is finished, including the AD acquisition module, the control arithmetic module and the fire arithmetic module. Finally, the grenade controller based on FPGA is summarized and the solution of the optimization of the kernel is provided.
论文首先介绍了单兵灵巧榴弹的特点,对采用FPGA做为弹载控制器的特点进行了分析,并对单兵灵巧榴弹中所使用的微型脉冲推力控制器以及前端探测信号的处理作了详细的介绍。其次分别从控制器的电源系统设计、FPGA控制器设计和AD采集系统设计三方面详细提出了硬件平台设计方案。第三,对控制算法和点火算法中使用到的运算模块进行设计,如加减法模块、乘法器、除法器以及一些特殊函数的计算模块,并针对各个模块进行了测试和验证,保证算法设计中的正确性。第四,完成了控制器内核设计部分,采用模块设计的方法,分别设计了AD采集模块、控制算法模块、点火算法模块的设计。最后,对基于FPGA的弹载控制器设计进行了总结,并对控制器内核设计的优化提出了进一步的解决方案。
In this paper, the controller of the infantry smart grenade has been designed and the scheme of the infantry grenade controller, the hardware, the arithmetic module and the kernel have been implemented.
First, the characteristic of the infantry smart grenade and the virtues and faults of using FPGA as the controller are discussed, and then the vector pulse engine and the processing of the detected signal are introduced. Second, the hardware is designed based on the power supply, the FPGA controller and the AD acquisition. Thirdly, the arithmetic module that will be used in the project are designed, such as the adder and subtraction module, the multiplication, the division and some special functions, then we test and validate the module to ensure the validity . Fourthly, the design of the kernel is finished, including the AD acquisition module, the control arithmetic module and the fire arithmetic module. Finally, the grenade controller based on FPGA is summarized and the solution of the optimization of the kernel is provided.
引文
[1]邓立岩.灵巧子弹:21世纪战场的“超级杀手”.现代军事,1998(1):45
[2]吴志林,徐万和.枪弹新概念:“有控枪弹”及其关键技术.轻兵器,2000(1):14-15
[3]刘焕松.以色列推出“微型灵巧多功能小型弹药”.轻兵器,2005(3):42
[4]美研制40mm制导榴弹.世界军事,2005.10:34
[5]曹小兵,王中原,史金光,靳方留.火箭脉冲矢量控制弹道特性分析.弹箭与制导学报.2005(25):67-69
[6]祁载康.制导弹药技术.第1版.北京:北京理工大学出版社,2002
[7]赵金强,龙飞,孙航.弹道修正弹综述.制导与引信.2005(26):17-19
[8]林德福,贺嫒媛,祁载康.70mm低成本制导火箭弹综述.飞航导弹,2005(6):47-49
[9]陈国光,田晓丽,赵捍东,朱基智.二维弹道修正火箭弹弹道方案研究.弹箭与制导学报,2002(22):161-163
[10]徐劲祥,宋锦武,夏群力.弹道修正弹术段脉冲推力控制研究.弹道学报,2004(2):20-23
[11]王中原,丁松滨,王良明.弹道修正弹在脉冲力矩作用下的飞行稳定性条件.南京理工大学学报,2000(24):323-32
[12]郭锡福.关于灵巧弹药的探讨.弹箭技术,1996:57-65
[13]徐劲祥,夏群力.末端修正迫弹主要参数确定方法研究,弹箭与制导学报,2005:80-82
[14]Philip J.Magnotti Low Cost Course Correction(LC3)For Mottars Information Briefing[A].38~(th)Annual Gun,Ammunition and Missiles Symposium &Exhibition[C].25 March 2003
[15]MC Graw-Hill Graw-Hill.New Muniton Could Replace some Missiles.Aviation Week and Space Technology,1997,146(27):49
[16]P.Kahn,K.Aaron.Space Interferometry Mission:Flight system and configuration overview.Proc.of SPIE.2002,Vol.4852:33-44
[17]Massey,K C McMichael,J Warnock.Mechanical Actuators for Guidance of a Supersonic Projectile.AIAA Paper 2005-4970.2005,6-9June:1-17
[18]Carter,David.Autonomous Guidance,Navigation and Control of Large Parafoils.18th AIAA Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference.2005,23-26May:1-16
[19]王强.21世纪末制导弹药的发展预测.制导与引信,2004(25):6-10
[20]郑松海.某小型导弹弹上电子舱综合化设计研究.南京理工大学学位论文,2004
[21]白士元.基于FPGA的弹载控制器的设计.北京理工大学学位论文,2006
[22]王建栋,罗喜霜,张天桥.导弹控制技术FPGA实现仿真.计算机仿真.2003(20),32-35
[23]申强,李世义,罗会甫等.基于DSP的弹道解算器设计与评估.仪器与仪表学报.2004(25),203-208
[24]邓志平,张永科,彭小乐.图像导引头伺服稳定平台控制器的数字化分析.红外与激光工程,2007(36):307-311
[25]刘涛.FPGA成为传统DSP的有力挑战.电子产品世界,2001
[26]严精根.某飞行机电系统探测及处理技术研究.南京理工大学学位论文,2007
[27]谭千里.四象限探测器组件在激光制导技术中的应用.半导体光电,2005(26)
[28]陈杜,徐秀芳,刘银年.四象限红外探测器信号处理系统.科学技术与工程,2006(5)
[29]袁彬,徐红.平台式激光导引头控制方法研究.战术导弹控制技术,2005(49)
[30]雷玉堂,王庆有,何家铭等.光电检测技术.第1版.北京:中国计量出版社,2004
[31]徐进祥.末端修正迫弹激光探测器及目标方位模型.兵工学报,2007(28)
[32]Buzzett J,Golden C,Morris J,Low Cost course correction(LCCC)for the M261Hydra-70 rocket.2002 Missiles and Rockets Symposium,2002
[33]王涛.脉冲式修正弹的修正方法研究.南京工大学学位论文,2005
[34]李东卫.某飞行机电系统姿态控制技术研究.南京理工大学学位论文,2007
[35]赵捍东,王芳,刘庆上.用侧推力矢量控制技术提高火箭弹射击精度.华北工学院学报,2005(26)
[36]徐劲祥.末端修正迫弹脉冲修正方案研究.弹道与制导学报,2005,25(1):50-52
[37]刘巍,芮莜亭,王国平.简易修正弹末段弹道修正能力分析与优化设计,2006,30(4)
[38]Altera corporation.Cyclone Ⅱ Device Family Datasheet,2004
[39]Altera Configuration Handbook,2007
[40]Guidelines for designing High-speed FPGA PCBS,Altera Handbook2004
[41]Power Management Design Guide for Altera FPGAs and CPLDs,2005
[42]MAX115 datasheet
[43]LM1117datasheet
[44]杨恒等.FPGA/CPLD最新实用指南.第1版.北京:电子工业出版社,2005
[45]徐志军,徐光辉.CPLD/FPGA的开发与应用.第1版.北京:电子工业出版社,2002
[46]林灶堂,刘绍汉.Verilog FPGA芯片设计.第1版.北京:航天航空大学出版社,2006
[47]王冠,黄熙,王鹰.Verilog HDL与数字电路设计.第1版.北京:机械工业出版社,2006
[48]冼进.Verilog HDL数字控制系统设计实例.第1版.北京:中国水利水电出版社,2007
[49]亿特科技.CPLD/FPGA应用系统设计与产品开发.第1版.北京:人民邮电出版社,2005
[50]赵立民.可编程逻辑器件与数字系统设计.第1版.北京:机械工业出版社,2003.
[51]朱明程,董尔令.可编程逻辑器件原理及应用.第1版.西安:西安电子科技大学出版社.2004
[52]Bob Zeidman.赵宏图,译.基于FPGA和CPLD数字IC设计方法.第1版.北京:北京航空航天大学出版社,2004.
[53]徐欣等.基于FPGA的嵌入式系统设计.第1版.北京:机械工业出版社,2005.
[54]袁文波等FPGA应用开发从实践到提高.北京.中国电力出版社,2007
[55]Ray Andraka.A survey of CORDIC algorithms for FPGA based computers.Andra Consulting Group,2004
[56]Javier Valls.Evaluation of CORDIC Algorithms for FPGA Design.Department of Ingeieria Electronica,2001
[57]余宙,邵楠.基于CORDIC算法的数字滤波器的设计.微电子学与计算机,2007,24(5)
[58]Jean-Piperrre Deschamps,Gery Jean Antoine Bloul.Synthesis of Arithmetic Circuits.A John Wiley & Sons,INC.,Publication,2005
[2]吴志林,徐万和.枪弹新概念:“有控枪弹”及其关键技术.轻兵器,2000(1):14-15
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[12]郭锡福.关于灵巧弹药的探讨.弹箭技术,1996:57-65
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[18]Carter,David.Autonomous Guidance,Navigation and Control of Large Parafoils.18th AIAA Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference.2005,23-26May:1-16
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[20]郑松海.某小型导弹弹上电子舱综合化设计研究.南京理工大学学位论文,2004
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[22]王建栋,罗喜霜,张天桥.导弹控制技术FPGA实现仿真.计算机仿真.2003(20),32-35
[23]申强,李世义,罗会甫等.基于DSP的弹道解算器设计与评估.仪器与仪表学报.2004(25),203-208
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[57]余宙,邵楠.基于CORDIC算法的数字滤波器的设计.微电子学与计算机,2007,24(5)
[58]Jean-Piperrre Deschamps,Gery Jean Antoine Bloul.Synthesis of Arithmetic Circuits.A John Wiley & Sons,INC.,Publication,2005