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小型無人靶機(jī)掠海定高飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

作者: 時(shí)間:2009-11-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

3 控制器軟硬件
高度控制器是飛控系統(tǒng)的一部分,它以飛控計(jì)算機(jī)為核心,并與各路傳感器及執(zhí)行結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成閉環(huán)。主要由飛控計(jì)算機(jī)、垂直陀螺、角速率陀螺、無線電高度表、加速度計(jì)、舵回路控制器、舵機(jī)等設(shè)備組成。
(1)飛控計(jì)算機(jī)
飛控計(jì)算機(jī)包括主機(jī)板、A/D轉(zhuǎn)換板、串行數(shù)據(jù)通訊接口板、開關(guān)量接口板、D/A轉(zhuǎn)換板、模擬輸入前置處理板、離散輸入/輸出及光電隔離/驅(qū)動(dòng)板、DC/DC電源變換板等。采用基于的嵌入式系統(tǒng),具有體積小,功耗低,硬件資源豐富,易于開發(fā),實(shí)時(shí)性和可靠性好等優(yōu)勢。主機(jī)板處理器選用7TDMS-S體系結(jié)構(gòu)的32位LPC2124芯片,其16 KB的內(nèi)部RAM以及128 KB的內(nèi)部FLASH存儲(chǔ)器,可很好地滿足嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS(μC/OS-Ⅱ)的運(yùn)行要求,保證系統(tǒng)每20 ms能進(jìn)行一次高度控制律解算。
(2)垂直陀螺
選用TC-3E型垂直陀螺儀,在高度控制回路中主要用于測量飛機(jī)俯仰角姿態(tài),工作范圍俯仰角為±30°,輸出模擬電壓信號(hào)。
(3)角速率陀螺
選用2軸角速率陀螺,在高度控制回路中主要用于測量飛機(jī)俯仰姿態(tài)角速度,俯仰角速度輸出范圍為±60°/s,輸出模擬電壓信號(hào)。
(4)無線電高度表
采用調(diào)頻/連續(xù)波(FM/CW)體制,工作頻率為4 200~4 400 MHz,測高范圍為0~300 m,高度輸出形式為:RS 232串口輸出,波特率為38 400 b/s,更新率為50 Hz。
(5)加速度計(jì)
加速度計(jì)安裝在的重心位置,用于測量拖靶的垂直方向加速度,選用ADXL105AQC加速度計(jì)芯片,精度為±1~±5 g,單通道模擬輸出,分辨率2 mg。
(6)舵回路控制器
基于PWM直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器專用集成電路L292。包括位置調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、PWM功放、位置反饋和電流反饋傳感器。位置反饋為主反饋回路,采用WDL-25直滑式精密導(dǎo)電塑料電位器;電流反饋采用標(biāo)準(zhǔn)電阻。
(7)升降舵機(jī)
采用齒輪減速永磁直流力矩電機(jī),額定轉(zhuǎn)矩15 Nm,額定轉(zhuǎn)速(減速后)4±1 r/min。
(8)軟件設(shè)計(jì)
基于嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ下編寫應(yīng)用程序,具有可移植、裁剪、多任務(wù)和基于優(yōu)先級(jí)的搶占式任務(wù)調(diào)度等特點(diǎn),實(shí)時(shí)性好,可靠性高。使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)是因?yàn)榭蓪?yīng)用分解成多任務(wù),簡化了應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì),同時(shí)RTOS使的實(shí)時(shí)性得到保證;良好的多任務(wù)設(shè)計(jì),又有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/163487.htm


4 半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果
在自行搭建的機(jī)半實(shí)物仿真平臺(tái)上,對所開發(fā)的高度進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。飛機(jī)模型采用六自由度非線性全量運(yùn)動(dòng)方程,基本仿真步長為5 ms,仿真計(jì)算精度為64 b(雙精度浮點(diǎn))。仿真系統(tǒng)包括在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上的垂直陀螺、角速率陀螺,與動(dòng)靜壓模擬器連接的空速傳感器,而無線電高度表信號(hào)、加速度計(jì)信號(hào)則通過計(jì)算機(jī)模擬,再接人高度控制計(jì)算機(jī)、舵機(jī)等構(gòu)成仿真回路。仿真結(jié)果如圖4和圖5所示,本文給出了兩種主要干擾條件下的結(jié)果。

仿真結(jié)果表明,在4級(jí)海情產(chǎn)生高度表噪聲影響和加速度計(jì)測量誤差影響的情況下,系統(tǒng)能夠控制靶機(jī)平穩(wěn)進(jìn)入14 m定高狀態(tài),并按精度要求保持在預(yù)定高度。在5 m/s垂風(fēng)干擾下,靶機(jī)能夠很快回到預(yù)定的14 m基準(zhǔn)高度??梢娤到y(tǒng)靜動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)能滿足設(shè)計(jì)要求。


5 結(jié) 語
本文基于無線電高度表/加速度計(jì)組合控制模式,采用成熟的比例一微分(PD)控制原理,Kalman互補(bǔ)濾波的信號(hào)處理方法,以及基于的硬件和μC/OS-Ⅱ嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的軟件開發(fā),設(shè)計(jì)了靶機(jī)超低空掠海高度控制器,其結(jié)構(gòu)簡單緊湊,原理可行。半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,系統(tǒng)具有良好的靜、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,完全能夠對靶機(jī)超低空高精度掠海定高飛行的控制,系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟硬件實(shí)現(xiàn)都是成功的。


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