基于ARM11+CPLD的小型無人機(jī)飛行控制器設(shè)計(jì)
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載體坐標(biāo)系中的矢量
在參考坐標(biāo)系
的表示可通過式(1)計(jì)算出:
(4)
是由其在載體坐標(biāo)系的對應(yīng)各軸的角速率分量
構(gòu)成,由姿態(tài)傳感器ADIS16365測得。本文采用四階龍格庫塔法解(3)式。
的求解,構(gòu)建了姿態(tài)矩陣
,再根據(jù)(8),(9),(10)求解俯仰角
、橫滾角
、偏航角
,即獲得機(jī)體的姿態(tài)。
基于姿態(tài)數(shù)據(jù)及各軸角速率,PID控制器的輸出由(11)式計(jì)算[6][7]:
K為采樣序號、
為第k次控制輸出值、
為第k次采樣輸入偏差、
為前次采樣輸入偏差、
積分系數(shù)、
微分系數(shù),
為比例系數(shù)。4 系統(tǒng)測試
基于上述設(shè)計(jì)方案研制的飛行控制器主板如圖7所示,安裝于測試飛機(jī)如圖9所示。
本文在某校園區(qū)進(jìn)行多次飛行測試,飛行的航線如圖9所示,航線由16個(gè)航點(diǎn)構(gòu)成,航點(diǎn)高度都為300米,航線總長度為8.57公里。無飛機(jī)的實(shí)際飛行航跡如圖9中藍(lán)色線條所示,本次測試從進(jìn)入航線開始到航線結(jié)束共自主飛行了18分鐘,姿態(tài)穩(wěn)定,最大偏航距≤15米。
試飛測試的任務(wù)載荷為航拍相機(jī),CPLD每4秒輸出一拍照脈沖,航拍圖片如12所示。
5 結(jié)束語
本文闡述基于ARM11+CPLD飛行控制器的構(gòu)建, ARM11的高速處理能力,使得系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性高,系統(tǒng)飛行更加穩(wěn)定,且接口豐富,利于功能擴(kuò)展;CPLD在飛控系統(tǒng)中一方面起到擴(kuò)充MCU IO口的作用,另一方面提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。在此飛控主板上,本文實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航、姿態(tài)、任務(wù)等功能模塊,飛行測試結(jié)果理想。
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