无人机控制器软件研制与控制算法设计
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摘要
本文主要涉及了无人机控制器的硬件研制和软件编写问题。该控制器和通讯机通讯，获取地面控制信息并且回传信息；通过机载传感器获取无人机位置姿态信息；进行飞行控制计算；输出控制量，驱动执行机构调整飞机姿态；在失控的情况下能够对飞机进行保护。
飞行控制器的控制程序的实现是本文的主要目的，文中详细叙述了系统的软件框架，采用了Tasking C196编译器，将实时操作系统μC／OS-Ⅱ移植到了Intel的80C196KC上，并对采用了实时操作系统控制的的单片机编程进行了探索。本文中也对RS232串口通讯进行了一定程度的探讨。最后，也根据已有得飞机参数构造了飞控仿真程序和模块，对飞机进行了仿真，并采用经典控制方法设计了控制律，得到了比较好的仿真结果。
This paper mainly focuses on the hardware design of the/a set of mini-UAV and the implementation of the flight control software for the UAV. The functions of the flight controller are: communicating with the communication computer by a RS-232 protocol; getting commands from the ground for the UAV; reporting the position and attitude information to the ground control station via the communication computer; obtaining the position and attitude of the UAV by sensors; processing the incoming sensors' data and calculating the control output; driving the actuators to keep the UAV under control. If the UAV is out of control, the flight controller will deal with it.
The main purpose of this paper is to implement a control application. A detailed
software frame is given in this article. The writer ports the RTOS μ C/OS-II to the
INTEL 80cl96kc with the Tasking C196 compiler, and discovers the method of programming with RTOS. Communication between the two devices via RS232 protocol is discussed, too. At last, with the gained parameters of the UAV, The author analyzed the UAV model's characteristics, and designed the compensators for the UAV and simulated the whole system under MATLAB environment using the MATLAB script language and SIMULINK blocks.
飞行控制器的控制程序的实现是本文的主要目的，文中详细叙述了系统的软件框架，采用了Tasking C196编译器，将实时操作系统μC／OS-Ⅱ移植到了Intel的80C196KC上，并对采用了实时操作系统控制的的单片机编程进行了探索。本文中也对RS232串口通讯进行了一定程度的探讨。最后，也根据已有得飞机参数构造了飞控仿真程序和模块，对飞机进行了仿真，并采用经典控制方法设计了控制律，得到了比较好的仿真结果。
This paper mainly focuses on the hardware design of the/a set of mini-UAV and the implementation of the flight control software for the UAV. The functions of the flight controller are: communicating with the communication computer by a RS-232 protocol; getting commands from the ground for the UAV; reporting the position and attitude information to the ground control station via the communication computer; obtaining the position and attitude of the UAV by sensors; processing the incoming sensors' data and calculating the control output; driving the actuators to keep the UAV under control. If the UAV is out of control, the flight controller will deal with it.
The main purpose of this paper is to implement a control application. A detailed
software frame is given in this article. The writer ports the RTOS μ C/OS-II to the
INTEL 80cl96kc with the Tasking C196 compiler, and discovers the method of programming with RTOS. Communication between the two devices via RS232 protocol is discussed, too. At last, with the gained parameters of the UAV, The author analyzed the UAV model's characteristics, and designed the compensators for the UAV and simulated the whole system under MATLAB environment using the MATLAB script language and SIMULINK blocks.
引文
[1] 薛定宇，陈阳泉著《基于MATLAB/Simulink 的系统仿真技术与应用》，清华大学出版社 2002．4
[2] 薛定宇著《控制系统计算机辅助设计-MATLAB 语言及应用》，清华大学出版社．1996．6
[3] 薛定宇著《反馈控制系统设计与分析：MATLAB 语言应用》，清华大学出版社 2000．4
[4] 程卫国，冯峰等编著《MATLAB5．3 应用指南》，人民邮电出版社 1999．11
[5] 徐昕，李涛，伯晓晨等编．《Matlab 工具箱应用指南—控制工程篇》，电子工业出版社 2000．5
[6] 李强，赵伟编著《MATLAB 数据处理与应用》，国防工业出版社 2001．1
[7] 袁建平等著 《GPS 在飞行器定位导航中的应用》，西北工业大学出版社 2000．1
[8] 袁建平，方群，郑谔编．《GPS 在飞行器定位导航中的应用》，西北工业大学出版社，2000．1．
[9] 周雪芹，安锦文等编．《计算机控制系统》，西北工业大学出版社，1998．1．
[10] 张明廉主编．《飞行控制系统》，航空工业出版社，1994．7．
[11] 阙志宏主编．《线性系统理论》，西北工业大学出版社，1995．12
[12] 胡寿松主编．《自动控制原理》(第三版)，国防工业出版社，1998．2．
[13] [德]鲁道夫·布罗克豪斯编，金长江译．《飞行控制》，国防工业出版社．
[14] 张贤达编．《现代信号处理》，清华大学出版社．1999．7．
[15] 孙涵芳编《Intel 16 位单片机》，北京航空航天大学出版社 1995
[16] 马忠梅，马岩等编著《单片机的 C 语言应用程序设计》，北京航空航天大学出版社 1997
[17] 赵菊秀，刘江桁编《单片微机 8XC196 原理与应用》，东南大学出版社 1994
[18] Tasking Software BV, 《80C196 C Compiler User's Guide manual》,1996
[19] Tasking Software BV, 《80C196 C Utilities User's Guide manual》,1996
[20] Intel Corporation. 《16-Bit Embedded Controllers》, 1990
[21] Intel Corporation. 《8XC 196KC/KD User's Guide》, 1992
[22] Honeywell Corporation. 《HMR3000 Digital Compass Module User's Guide》, 2001.3
[23] Exar Corporation. 《ST16C550 Datasheet》,2000.11
[24] 《国外无人机大全》编写组．《国外无人机大全》，航空工业出版社。2001．5．
[2] 薛定宇著《控制系统计算机辅助设计-MATLAB 语言及应用》，清华大学出版社．1996．6
[3] 薛定宇著《反馈控制系统设计与分析：MATLAB 语言应用》，清华大学出版社 2000．4
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[5] 徐昕，李涛，伯晓晨等编．《Matlab 工具箱应用指南—控制工程篇》，电子工业出版社 2000．5
[6] 李强，赵伟编著《MATLAB 数据处理与应用》，国防工业出版社 2001．1
[7] 袁建平等著 《GPS 在飞行器定位导航中的应用》，西北工业大学出版社 2000．1
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[11] 阙志宏主编．《线性系统理论》，西北工业大学出版社，1995．12
[12] 胡寿松主编．《自动控制原理》(第三版)，国防工业出版社，1998．2．
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[14] 张贤达编．《现代信号处理》，清华大学出版社．1999．7．
[15] 孙涵芳编《Intel 16 位单片机》，北京航空航天大学出版社 1995
[16] 马忠梅，马岩等编著《单片机的 C 语言应用程序设计》，北京航空航天大学出版社 1997
[17] 赵菊秀，刘江桁编《单片微机 8XC196 原理与应用》，东南大学出版社 1994
[18] Tasking Software BV, 《80C196 C Compiler User's Guide manual》,1996
[19] Tasking Software BV, 《80C196 C Utilities User's Guide manual》,1996
[20] Intel Corporation. 《16-Bit Embedded Controllers》, 1990
[21] Intel Corporation. 《8XC 196KC/KD User's Guide》, 1992
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[23] Exar Corporation. 《ST16C550 Datasheet》,2000.11
[24] 《国外无人机大全》编写组．《国外无人机大全》，航空工业出版社。2001．5．