基于FPGA的四轴飞行器冗余控制系统设计与自适应抗扰算法
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更新于2024-08-12
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本篇论文主要探讨了基于FPGA(现场可编程门阵列)的四轴飞行器飞行控制系统设计,由徐亚妮、罗文广和张亮三位作者共同完成,他们在广西科技大学电气与信息工程学院进行研究。该系统旨在提高四轴飞行器的稳定性和安全性,特别是在关键组件出现故障时提供冗余保障。
首先,作者提出了一种基于NIOSII的飞行控制系统,NIOSII是一种嵌入式软核处理器,允许在FPGA上运行定制的实时操作系统。通过使用多核设计,他们构建了一个能够在飞行器控制系统中处理复杂任务的平台,这有助于降低功耗、提升数据处理能力和集成度,符合当前四轴飞行控制系统的发展趋势。
文章的重点在于设计了冗余控制功能,当系统中的一个或多个模块出现故障时,其他备用模块能够接管,通过调用多个NIOSII软核和Altera自带的IP核,以及配合外围硬件电路,确保飞行器不会因单点故障而坠毁,显著增强了飞行器的安全性。
针对四轴飞行器容易受到外部环境干扰的问题,作者还开发了一种自抗扰控制算法。这种算法与传统的串级PID控制器进行了对比,结果显示自抗扰控制在实现飞行器姿态控制方面更为有效,具有更强的鲁棒性,即使在面对风力等外部干扰时也能保持稳定的飞行性能。
然而,论文也指出,尽管现有的研究在提高飞行器稳定性方面取得了一些进展,如PID控制和自适应UKF航姿系统的应用,但仍存在一些局限,比如硬件改进效果不明显、自适应算法收敛速度较慢以及对飞行器模型精确度要求高等问题。本文的解决方案通过采用NIOSII的多核技术,试图克服这些挑战,为四轴飞行器提供更为可靠和稳定的控制环境。
这篇论文通过创新的FPGA技术和冗余控制系统设计,为四轴飞行器的稳定性和安全性提供了新的解决方案,同时也推动了飞行控制系统在高集成度、低功耗方面的技术进步。其研究成果对于推动无人机技术在工业、农业、军事等领域应用具有重要意义。
2021-09-09 上传
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