基于xPC Target的无人机飞行控制软件快速原型设计

论文摘要

无人机广泛的应用价值、尤其是在军事上的重要性已经得到国内外的高度重视。本文给出了一种适于无人机飞行控制软件的快速原型设计和实现技术,着眼于实践和应用。该快速原型设计是在传统的无人机飞行控制系统基础上,采用xPC Target宿主机-目标机方式实现。整个快速原型设计平台主要由宿主机、目标机和小型化仿真设备组成。其中宿主机主要用于开发;目标机是飞行控制计算机,用于运行快速原型生成的可执行代码;小型化仿真设备属于宿主机-目标机方式的外围设备,用于运行系统的被控对象无人机数学模型。本文根据xPC Target驱动设计技术,开发了飞行控制计算机硬件NUAACOM8非标准板卡的自定义驱动软件,解决了串口通讯问题。本文根据xPC Target用户交互界面技术,利用Tilcon Real-Time Developer （TRTD）实时程序开发包,在Windows下开发了飞行控制系统控制台软件,实现了控制目标代码、传感器信号显示、执行机构输出值回报显示、遥控遥调、控制律参数在线调参、航迹显示和历史曲线显示。本文根据实验室飞行控制代码,在Simulink下对飞行控制代码进行了模块化和集成,模块化了传感器模块、执行机构模块、自主导航控制逻辑模块。这为基于xPC Target的快速原型设计方法提供了实验验证对象。最后,对基于xPC Target的快速原型设计的飞行控制软件在半物理条件下进行了实时仿真实验,结果表明该设计在工程中是切实可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 飞行控制计算机
• 1.2.2 飞行控制仿真系统
• 1.3 XPC TARGET 快速原型概念及特点
• 1.3.1 xPC Target 快速原型概念
• 1.3.2 与传统控制系统设计方法比较
• 1.3.3 与纯数字设计方法比较
• 1.3.4 与基于dSPACE 快速原型设计方法比较
• 1.4 XPC TARGET 快速原型
• 1.4.1 启动盘
• 1.4.2 实时内核
• 1.4.3 xPC Target 工作模式
• 1.4.4 xPC Target 信号技术
• 1.4.5 xPC Target 参数技术
• 1.5 国内外研究现状和拟解决问题
• 1.5.1 国内外研究现状
• 1.5.2 拟解决的问题
• 1.6 本文的研究工作概要
• 第二章 基于XPC TARGET 的快速原型总体框架设计
• 2.1 引言
• 2.2 快速原型系统框架
• 2.2.1 快速原型工作模式选择
• 2.2.2 快速原型平台框架
• 2.3 XPC TARGET 驱动设计框架
• 2.4 快速原型控制台设计框架
• 2.5 飞行控制与管理软件设计框架
• 2.5.1 传感器模块
• 2.5.2 执行机构模块
• 2.5.3 自主导航模块
• 2.6 小结
• 第三章 基于XPC TARGET 的驱动设计
• 3.1 引言
• 3.2 XPC TARGET 的驱动设计技术
• 3.2.1 xPC Target 的驱动设计所需定义和文件
• 3.2.2 xPC Target 的驱动设计所需的函数
• 3.2.3 xPC Target 驱动设计步骤
• 3.3 基于XPC TARGET 的驱动程序设计
• 3.3.1 基于xPC Target 的驱动程序框架
• 3.3.2 NUAACOM8 板卡介绍
• 3.3.3 接收模块程序实现
• 3.3.4 初始化模块程序实现
• 3.4 XPC TARGET 的驱动测试
• 3.5 小结
• 第四章 基于XPC TARGET 的快速原型控制台设计
• 4.1 引言
• 4.2 XPC TARGET 用户交互界面技术
• 4.2.1 xPC Target 的用户交互界面
• 4.2.2 MATLAB 下的用户交互界面的不足
• 4.2.3 xPC Target API 用户自定义界面的优点
• 4.3 控制台设计工具
• 4.4 控制台软件结构
• 4.5 控制台所需的文件和函数
• 4.6 基于XPC TARGET 的控制台软件实现
• 4.6.1 定时器问题
• 4.6.2 通讯方式选择
• 4.6.3 目标程序控制
• 4.6.4 实时在线调参
• 4.6.5 传感器信号显示
• 4.6.6 遥控遥调量调整
• 4.6.7 历史曲线显示
• 4.6.8 航迹显示
• 4.7 快速原型控制台界面设计
• 4.8 小结
• 第五章 基于XPC TARGET 的飞行控制与管理软件设计
• 5.1 引言
• 5.2 传感器模块化
• 5.2.1 传感器物理概念
• 5.2.2 传感器模块化实现
• 5.3 执行机构模块化
• 5.3.1 D/A、A/D 模块测试
• 5.3.2 执行机构模块化实现
• 5.4 自主导航模块化
• 5.4.1 Stateflow 图的组成元素
• 5.4.2 自主导航Statelfow 模块化实现
• 5.5 飞行控制与管理软件集成
• 5.6 小结
• 第六章 基于XPC TARGET 的样例无人机的仿真试验设计
• 6.1 引言
• 6.2 半物理仿真过程
• 6.2.1 半物理仿真平台搭建
• 6.2.2 仿真参数配置
• 6.2.3 嵌入式代码的生成
• 6.2.4 仿真运行与控制
• 6.3 仿真实验验证
• 6.3.1 传感器模块验证
• 6.3.2 遥控遥调模块验证
• 6.3.3 控制律参数模块验证
• 6.3.4 历史曲线验证
• 6.3.5 航迹显示验证
• 6.4 仿真实验分析
• 6.4.1 系统实时性分析
• 6.4.2 系统稳定性
• 6.5 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文研究工作的总结
• 7.2 课题中出现的问题及解决办法
• 7.3 需进一步的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的论文