【摘 要】
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近年来,随着惯性测量单元的微型化以及芯片计算能力的提高,小型无人直升机成为全球各大高校和学者研究的热点。它不但具有固定翼无人机的优点,还具有垂直起降、固定位悬停、
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近年来,随着惯性测量单元的微型化以及芯片计算能力的提高,小型无人直升机成为全球各大高校和学者研究的热点。它不但具有固定翼无人机的优点,还具有垂直起降、固定位悬停、侧向飞行以及原地转向等优点,不论在军事上还是民用上都有着不可替代的作用。而控制系统则是无人直升机完成各项任务的核心,因此本课题针对控制系统进行理论研究,内容主要分为主控模块硬件设计、软件设计以及控制算法这三大部分。在控制系统硬件设计方面,首先本课题选用具有高速时钟和丰富外围接口的DSP TMS320F2812作为核心处理器;然后结合姿态测量仪、超声波传感器、GPS模块、无线通信模块以及舵机模块构成小型无人直升机的硬件实验平台,并阐述各硬件模块的工作原理和通信方式;最后用Altium Designer软件进行F2812的电路设计并搭建该硬件平台。在控制系统软件设计方面,以硬件平台为基础,利用CCS6.0完成相应的软件设计。为了保证系统的实时性,设计采用中断的方式接收传感器及GPS采集的数据,并通过PWM接口输出信号,控制舵机舵面的偏转。在控制算法设计方面,为了保证控制系统高精度的设计要求,设计了一种基于Quasi-Min-Max的模型预测控制(MPC)器,并详细介绍了该控制器的基本结构、设计原理和控制规则等,然后通过求解LMI凸优化获得该控制器,最后代入小型无人直升机LPV模型,仿真结果表明,该控制算法可以很好的控制直升机的姿态,满足系统要求。研究表明,本课题所设计的方案能够完成基本的功能需求,而且具有一定的实用性,为后续的无人直升机控制系统的研发奠定了基础。
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