三軸飛行仿真平臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、學(xué)校代碼：10406分類號(hào)：TP273.5學(xué)號(hào)：130085208024南昌航空大學(xué)南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文碩士學(xué)位論文（專業(yè)學(xué)位研究生）三軸飛行仿真平臺(tái)控制系統(tǒng)三軸飛行仿真平臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究的設(shè)計(jì)與研究碩士研究生：孫克誠導(dǎo)師：王琪教授申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士學(xué)科、專業(yè)：電子與通信工程所在單位：信息工程學(xué)院答辯日期：2016年6月授予學(xué)位單位：南昌航空大學(xué)摘要飛行控制技術(shù)是飛行器設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵技術(shù)之一，隨著飛控技術(shù)的日益進(jìn)步，導(dǎo)航、制

2、導(dǎo)和控制技術(shù)不斷融合，集導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制為一體的飛行控制系統(tǒng)在現(xiàn)代飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中成為主流，飛行控制技術(shù)在飛行器系統(tǒng)中的核心地位也與日俱增。飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)能夠模擬出飛行器飛行過程中的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)，在實(shí)驗(yàn)室中就能重現(xiàn)空中飛行時(shí)的姿態(tài)角變化和姿態(tài)角速率變化，為慣導(dǎo)傳感器提供一個(gè)近似真實(shí)的運(yùn)行環(huán)境，它是檢測飛控系統(tǒng)性能和進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的重要裝置。本文在分析和學(xué)習(xí)了國內(nèi)外對(duì)三軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)飛控系統(tǒng)半物理仿真平臺(tái)控制系統(tǒng)的構(gòu)成及其

3、特性進(jìn)行了研究，提出了一種飛控系統(tǒng)半物理仿真平臺(tái)的控制系統(tǒng)方案，本文的三軸仿真轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)是以ARM處理器為核心控制器，系統(tǒng)采用PC機(jī)與下位機(jī)兩級(jí)控制，使用控制算法，對(duì)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行精確控制。捷聯(lián)慣導(dǎo)傳感器是本系統(tǒng)的測試元件，通過對(duì)幾款常用的MEMS姿態(tài)傳感器進(jìn)行對(duì)比后，綜合考慮實(shí)際要求以及捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)精度、靈敏度等因素選擇合適的傳感器。控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)的思想，分別設(shè)計(jì)了供電電源、姿態(tài)傳感器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、液晶顯示屏、編碼

4、器接口、串口通訊等模塊。為了提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度，降低誤差，本文研究了歐拉角法、方向余弦法和四元數(shù)法三種姿態(tài)算法，并結(jié)合實(shí)際要求選用四元數(shù)法作為本課題使用的姿態(tài)算法。通過陀螺儀采集到的靜態(tài)角速率數(shù)據(jù)，利用軟件結(jié)合四元數(shù)法獲得慣性傳感器的靜態(tài)姿態(tài)角誤差圖。本文還研究了模糊控制算法理論，建立了外環(huán)軸的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用的模糊控制工具箱，設(shè)計(jì)外環(huán)軸的模糊控制算法。在環(huán)境下，通過仿真獲得模糊控制器在階躍函數(shù)輸入時(shí)的輸出響應(yīng)曲線，通過與傳統(tǒng)控制算法