[發明專利]基于DSP和FPGA的無人直升機飛行控制方法有效
| 申請號: | 201410260776.7 | 申請日: | 2014-06-12 |
| 公開(公告)號: | CN104062933B | 公開(公告)日: | 2017-03-29 |
| 發明(設計)人: | 吳愛國;江濤;馬園;趙萌;方星 | 申請(專利權)人: | 天津大學 |
| 主分類號: | G05B19/042 | 分類號: | G05B19/042;G05D1/10 |
| 代理公司: | 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201 | 代理人: | 杜文茹 |
| 地址: | 300072*** | 國省代碼: | 天津;12 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 基于 dsp fpga 無人 直升機 飛行 控制 方法 | ||
1.一種基于DSP和FPGA的無人直升機飛行控制系統,包括有由無人直升機機體(11)、機載舵機組(12)和無線電接收機(13)構成的模型直升機(1),其特征在于,所述的模型直升機(1)分別連接機載控制平臺(2)和地面站監控平臺(3),其中,所述的機載控制平臺(2)包括有機載下位機(21)和分別通過RS232接口與所述的機載下位機(21)相連的姿態測量模塊(22)、經緯度測量模塊(23)和機載上位機(25),以及通過SPI接口與所述的機載下位機(21)相連的氣壓傳感器(24),所述的地面站監控平臺(3)設置有與所述的無線電接收機(13)無線連接的遙控器(31)和與所述的機載上位機(25)相連的地面站PC(32)。
2.根據權利要求1所述的基于DSP和FPGA的無人直升機飛行控制系統,其特征在于,所述的機載下位機(21)包括有:現場可編程門陣列模塊(211),分別與所述的現場可編程門陣列模塊(211)相連的數字信號處理模塊(212)、RS232協議電平轉換模塊(213)、現場可編程門陣列程序存儲模塊(215)、多路三態緩沖模塊(218),其中,所述的現場可編程門陣列模塊(211)通過SPI接口連接所述的氣壓傳感器(24),所述的RS232協議電平轉換模塊(213)通過RS232接口分別連接姿態測量模塊(22)、經緯度測量模塊(23)和機載上位機(25),所述的多路三態緩沖模塊(218)通過PWM輸出通道連接機載舵機組(12)和通過PWM輸入通道連接無線電接收機(13)。
3.一種用于權利要求1所述的基于DSP和FPGA的無人直升機飛行控制系統的控制方法,其特征在于,包括有機載下位機、機載上位機和地面站PC三部分的控制方法,其中,所述的機載下位機控制方法包括有用于FPGA的信息采集、命令字接收、舵機驅動和飛行數據上傳的控制方法,以及用于DSP的姿態、經緯度和高度的控制方法;所述機載上位機控制方法包括有轉發飛行數據和命令字,實現飛行數據的存儲;所述的地面站PC控制方法包括飛行數據的接收和顯示,以及向機載平臺發布飛行命令。
4.根據權利要求3所述的基于DSP和FPGA的無人直升機飛行控制系統的控制方法,其特征在于,所述的機載下位機控制方法中的信息采集是指:FPGA通過串口采集IMU和GPS測量的姿態和經緯度,通過SPI接口采集氣壓傳感器測量的大氣壓和溫度,然后發起中斷通知DSP讀取采集信息;所述的機載下位機控制方法中的命令字接收是指:FPGA通過串口接收并處理機載上位機轉發的命令字;所述的機載下位機控制方法中的舵機驅動是指:FPGA根據飛行模式產生驅動舵機組的PWM信號;所述的機載下位機控制方法中的飛行數據上傳是指:FPGA通過串口將飛行數據上傳給機載上位機。
5.根據權利要求4所述的基于DSP和FPGA的無人直升機飛行控制系統的控制方法,其特征在于,所述的通過SPI接口采集氣壓傳感器測量的大氣壓和溫度,包括如下步驟:
1)復位:FPGA向設置在無人直升機上的氣壓傳感器發送復位命令,延時3ms后進入下一步驟;
2)校正參數讀取:FPGA向氣壓傳感器發送校正參數讀取命令,然后FPGA讀取氣壓傳感器中的校正參數,并存入內部寄存器供DSP讀取;
3)主循環:FPGA先向氣壓傳感器發送大氣壓轉換命令,延時9ms后讀取氣壓傳感器中的大氣壓,并存入內部寄存器,再向氣壓傳感器發送溫度轉換命令,延時9ms后讀取氣壓傳感器中的溫度,并存入內部寄存器,然后,將FPGA大氣壓中斷標志位置1,FPGA發起大氣壓中斷通知DSP讀取大氣壓測量值和溫度測量值;
4)FPGA延時1s的采樣周期后返回步驟3)。
6.根據權利要求3或4所述的基于DSP和FPGA的無人直升機飛行控制系統的控制方法,其特征在于,所述的命令字接收包括接收飛行模式切換命令字、姿態給定命令字和位置給定命令字,具體包括如下步驟:
1)接收命令字第一個字節;
2)判斷所接收字節的高4位是否都為0,若是,說明正在接收的命令字為飛行模式切換命令字,將所接收字節的低4位賦給飛行模式寄存器,上傳飛行模式返回步驟1);若不是,說明正在接收的命令字為姿態給定命令字或位置給定命令字,進入下一步驟;
3)接收命令字后四個字節;
4)根據命令字類型將姿態給定值或者位置給定值存入FPGA內特定的寄存器供DSP讀取,然后返回步驟1)。
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