基于DSP的太陽(yáng)能飛艇飛控系統(tǒng)研究

【摘要】：目前，飛艇的研發(fā)逐漸成為飛行器發(fā)展中一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。飛控系統(tǒng)是維持飛艇正常工作的重要組成部分，用來(lái)對(duì)飛艇的飛行進(jìn)行有效地控制和管理；太陽(yáng)能電池則是維持飛艇正常飛行的動(dòng)力組成部分，太陽(yáng)能能夠?yàn)轱w艇的巡航飛行提供源源不斷的清潔能源。 太陽(yáng)能飛艇飛控系統(tǒng)主要包括3個(gè)部分：飛控計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)、傳感器子系統(tǒng)、伺服作動(dòng)子系統(tǒng)。飛控計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)的核心處理器采用TI公司的TMS320F2812DSP處理芯片，并與SRAM、FLASH存儲(chǔ)器和電源電路系統(tǒng)組成了飛控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)，飛控計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)可以把傳感器采集到的重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于SRAM和FLASH存儲(chǔ)器做為備用數(shù)據(jù)；傳感器子系統(tǒng)主要包括差分GPS、高度計(jì)與超聲波傳感器、捷聯(lián)慣導(dǎo)模塊、溫度與氣壓傳感器等。通過(guò)分析和處理各傳感器采集到的數(shù)據(jù)，控制飛艇的飛行姿態(tài)和飛行高度，使飛艇處于正常的自主飛行狀態(tài)；伺服作動(dòng)子系統(tǒng)主要為舵機(jī)，分析舵機(jī)工作原理,完成舵機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)的有效控制。 由于凈升力以及大氣紊流對(duì)飛艇的飛行特性影響比較大，所以對(duì)凈升力與大氣紊流的研究也是飛艇研究的一個(gè)重要方面。凈升力研究主要是研究?jī)羯εc飛行高度、大氣氣壓等因素之間的關(guān)系，總結(jié)出凈升力不會(huì)隨海拔高度變化，與飛艇氣囊體積成近似線性遞增關(guān)系，與壓力高度成近似線性遞減的關(guān)系。通過(guò)對(duì)飛艇凈升力的研究可以更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)飛艇飛行姿態(tài)的控制。大氣紊流主要是研究大氣紊流的形成、模型以及大氣紊流對(duì)飛艇飛行特性的影響。 能源管理系統(tǒng)的研究是太陽(yáng)能飛艇研究的重要方面，只有對(duì)能源分配與管理進(jìn)行優(yōu)化分析，才能更有效地發(fā)揮太陽(yáng)能能量的功效。能源管理系統(tǒng)的研究首先介紹飛艇能源管理系統(tǒng)的組成部分以及它們彼此之間的關(guān)系，分析太陽(yáng)能電池模型，分析太陽(yáng)能陣列以及影響太陽(yáng)能能量的主要因素，最后分析太陽(yáng)能電池與鋰電池之間的能量分配與管理。 【關(guān)鍵詞】：飛艇 飛控系統(tǒng) 太陽(yáng)能 凈升力 大氣紊流
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目錄6-9
• 第1章 緒論9-13
• 1.1 飛艇簡(jiǎn)介9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外飛艇發(fā)展研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.1 飛艇國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 飛艇國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀11
• 1.3 飛艇的發(fā)展趨勢(shì)11-12
• 1.4 論文研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排12-13
• 1.4.1 主要研究?jī)?nèi)容12
• 1.4.2 論文結(jié)構(gòu)安排12-13
• 第2章 飛控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)13-36
• 2.1 飛控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)13-16
• 2.1.1 飛控系統(tǒng)原理13-14
• 2.1.2 飛控系統(tǒng)主要功能14-15
• 2.1.3 飛控系統(tǒng)組成15-16
• 2.2 DSP 芯片介紹16-17
• 2.3 外擴(kuò)存儲(chǔ)器17-18
• 2.4 捷聯(lián)慣性導(dǎo)航模塊18-22
• 2.4.1 三軸加速度計(jì)模塊18-20
• 2.4.2 角速率陀螺模塊20-22
• 2.4.3 捷聯(lián)慣導(dǎo)電路22
• 2.5 差分 GPS 電路設(shè)計(jì)22-26
• 2.5.1 GPS 接收機(jī)介紹22-23
• 2.5.2 GPS 接口通信23-24
• 2.5.3 無(wú)線傳輸模塊介紹24-25
• 2.5.4 差分 GPS 模塊工作原理25-26
• 2.6 氣壓高度計(jì)的硬件設(shè)計(jì)26-28
• 2.6.1 硬件結(jié)構(gòu)框架26
• 2.6.2 MS5534B 與 MCU 的電路設(shè)計(jì)26-28
• 2.7 氣壓傳感器硬件設(shè)計(jì)28-29
• 2.8 溫度傳感器硬件設(shè)計(jì)29-31
• 2.8.1 溫度傳感器的特性30
• 2.8.2 溫度傳感器采集30-31
• 2.9 超聲波傳感器硬件設(shè)計(jì)31-32
• 2.9.1 超聲波傳感器的特性與工作原理31
• 2.9.2 超聲波傳感器工作電路31-32
• 2.10 舵機(jī)與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)32-33
• 2.11 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)33-35
• 2.12 本章小結(jié)35-36
• 第3章 飛控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)36-54
• 3.1 飛控系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)36-37
• 3.2 捷聯(lián)慣導(dǎo)模塊程序37-43
• 3.2.1 三軸加速度計(jì) ADXL345 驅(qū)動(dòng)程序37-38
• 3.2.2 角速率陀螺 ADIS16080 驅(qū)動(dòng)程序38-40
• 3.2.3 捷聯(lián)慣導(dǎo)算法40-43
• 3.3 差分 GPS 模塊程序43-47
• 3.3.1 GPS 信息格式43-45
• 3.3.2 GPS 定位功能檢測(cè)45-46
• 3.3.3 差分 GPS 功能程序46-47
• 3.4 PWM 波驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊程序47-49
• 3.5 FLASH 和 RAM 存儲(chǔ)器模塊49
• 3.6 溫度傳感器讀取溫度程序49-51
• 3.7 氣壓高度計(jì)與超聲波傳感器測(cè)高模塊程序51-52
• 3.8 氣壓傳感器模塊程序52-53
• 3.9 本章小結(jié)53-54
• 第4章 對(duì)流層凈升力與大氣紊流研究54-63
• 4.1 對(duì)流層與凈升力概要54-55
• 4.2 凈升力計(jì)算前提條件55
• 4.3 大氣壓強(qiáng)、密度和溫度計(jì)算55-56
• 4.3.1 標(biāo)準(zhǔn)大氣下的壓強(qiáng)、溫度、密度55-56
• 4.3.2 非標(biāo)準(zhǔn)大氣下的壓強(qiáng)、溫度、密度56
• 4.4 對(duì)流層飛艇靜升力建模56-58
• 4.5 仿真結(jié)果58-59
• 4.5.1 凈升力與飛艇飛行高度的變化關(guān)系58
• 4.5.2 凈升力與飛艇氣囊體積的變化關(guān)系58-59
• 4.6 大氣紊流59-62
• 4.6.1 大氣紊流的形成60
• 4.6.2 大氣紊流模型60-61
• 4.6.3 大氣紊流對(duì)飛艇縱向運(yùn)動(dòng)特性的影響61-62
• 4.7 本章小結(jié)62-63
• 第5章 飛艇能源系統(tǒng)63-72
• 5.1 飛艇的能源動(dòng)力系統(tǒng)63-66
• 5.1.1 能源動(dòng)力系統(tǒng)的組成63-65
• 5.1.2 能源系統(tǒng)之間相互關(guān)系65-66
• 5.2 太陽(yáng)能陣列控制66-69
• 5.2.1 太陽(yáng)能電池模型66-67
• 5.2.2 太陽(yáng)能板向日自動(dòng)跟蹤控制與設(shè)計(jì)67-69
• 5.3 太陽(yáng)能能源管理與分配69-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 第6章 總結(jié)與展望72-74
• 6.1 總結(jié)72
• 6.2 展望72-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文情況77-78
• 致謝78-79
• 附錄79-81

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