基于VxWorks的无人机飞行控制软件设计-控制理论与控制工程专业论文.docxVIP

南京航空航天大学硕士学位论文 摘 要 飞行控制软件是无人机飞行控制系统的重要组成部分，在飞行控制系统设计中越来越重 要，其性能直接关系到无人机的飞行成败。本文设计以嵌入式实时操作系统VxWorks为软件平 台的无人机飞行控制软件，提出采用一种新的基于“等效飞控”的飞行控制软件设计方法，把 飞行控制软件按开发阶段分为等效飞行控制软件和机载飞行控制软件。飞行控制软件中的上层 核心模块控制和导航模块由基于PC机的等效飞行控制软件来完成，底层模块和其余上层功能 模块在目标机环境下开发完成。最后，实现将控制和导航模块100%移植到目标机环境下，共 同组成机载飞行控制软件。 首先，针对新的MPC565目标机，开发飞行控制软件的底层驱动。完成MPC565自带串口 以及CPU目标板上相关硬件资源的驱动开发；在继承实验室原有成果的基础上，完成飞控机中 相应的PC104总线各个扩展板卡在VxWorks下驱动的移植设计。 其次，依据VxWorks的多任务机制，完成飞行控制软件中上层功能模块在VxWorks实时操 作系统下的的移植。这些功能模块主要包括：执行机构模块、传感器模块、遥控遥测模块、地 面检测模块、机载设备模块等。 最后，根据“等效飞控”的思想，借助Win32-POSIX函数库，在VC6.0环境下完成等效飞 行控制软件的设计。同时，继承实验室已有的等效飞行仿真控制台软件，采用基于WIL库的UDP 网络通信机制，建立与等效飞行控制软件之间的通信，二者构成等效飞行仿真系统，用于验证 设计的控制和导航模块的正确性。 本文对上述所做工作进行了系统的试验验证。完成了内核性能、软件性能、底层驱动等测 试，验证了基于MPC565和VxWorks的飞行控制软件平台的可用性；在半物理仿真环境下，验 证了基于VxWorks的机载飞行控制软件。结果表明采用“等效飞控”的飞行控制软件设计方法 是切实可行的。 关键词：无人机，飞行控制软件，等效飞控，VxWorks，MPC565，POSIX i ABSTRACT Flight control software is one of the most important part of UAV flight control system, it becomes more and more important and determines the success of the flight directly. This paper designs the UAV flight control software based on the real time operation system VxWorks, and put forward a new approach to design the flight control software based on “equivalent flight control”. It Designs the embedded part and windows part respectively on the different period of the software development.The control and navigation modules of flight control software were designed based on Windows, the driver and the rest of the functional modules of flight control software were designed based on embedded environment, the control and navigation modules can be transplanted 100%. Firstly, it develops the driver of flight control software based on new MPC565 target.These driver contains the MPC565 serial and the relevant hardware resources of target Board.In addition, the driver of the other PC104 I/O board can be transplanted from existing driver. Secondly, Based on VxWorks multitasking mechanism, it transplants the functional modules of FCS to VxWorks