專利名稱：：一種共軸式無人直升機(jī)的雙余度姿態(tài)控制系統(tǒng)及調(diào)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種飛機(jī)姿態(tài)控制系統(tǒng)，尤其涉及一種共軸式無人直升機(jī)的雙余度姿態(tài)控制系統(tǒng)及調(diào)試方法，屬于無人機(jī)控制
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：共軸式直升機(jī)的姿態(tài)控制系統(tǒng)主要用于改善飛行過程的穩(wěn)定性和操作性，可由模擬控制或數(shù)字控制兩種方法實(shí)現(xiàn)。為了改善模擬控制中各部分電路耦合密切、調(diào)試復(fù)雜、參數(shù)不準(zhǔn)確、控制模式固定等缺點(diǎn)，本發(fā)明采用全數(shù)字控制。同時(shí)，采用數(shù)字控制可以使系統(tǒng)具有良好的可繼承性，且利于系統(tǒng)升級(jí)，提高了控制的靈活性和功能模塊的可重用性。由于直升機(jī)的穩(wěn)定性很差，而駕駛員無法針對(duì)短周期運(yùn)動(dòng)進(jìn)行頻繁操作，所以姿態(tài)控制系統(tǒng)是保證共軸式無人直升機(jī)飛行穩(wěn)定的核心組件，其自身可靠性的重要性可見一斑。為了降低飛行過程中的失控概率，本發(fā)明將雙余度控制的思想運(yùn)用到共軸式無人直升機(jī)姿態(tài)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用雙CPU進(jìn)行數(shù)字化控制，且實(shí)現(xiàn)了兩者之間的相互備份和實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及系統(tǒng)異常情況下的控制切換和平穩(wěn)過渡。
發(fā)明內(nèi)容1、目的本發(fā)明的目的在于提供一種共軸式無人直升機(jī)的雙余度姿態(tài)控制系統(tǒng)及調(diào)試方法。它同時(shí)適合于飛機(jī)和舵機(jī)姿態(tài)控制，根據(jù)位置給定值，以及位置、速度的采集值，通過數(shù)字比例、積分、微分(PID)計(jì)算以脈寬調(diào)制(PWM)形式控制后級(jí)大功率管的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)姿態(tài)控制。本發(fā)明采用全數(shù)字化控制，按照輸入和輸出要求，靈活多樣地確定控制模式；其采用的雙余度控制體制，大大提高了姿態(tài)控制系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，該參數(shù)調(diào)試方法可以方便地實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的調(diào)試和存儲(chǔ)；通過此方法，無需改變本發(fā)明的硬件和固件架構(gòu)，即可根據(jù)控制需求確定多種陀螺、舵機(jī)的有效參數(shù)設(shè)計(jì)。2、技術(shù)方案(1)見圖1，本發(fā)明一種共軸式無人直升機(jī)雙余度姿態(tài)控制系統(tǒng)，它是由串口通信模塊、脈沖編碼調(diào)制(PCM)解碼模塊、AD采集模塊、PWM輸出模塊和CPU控制模塊等部分組成的。這些功能模塊全部由CPU調(diào)度，配合CPU的集成外設(shè)實(shí)現(xiàn)；它們之間的邏輯關(guān)系是串口通信模塊、PCM解碼模塊、AD采集模塊作為系統(tǒng)輸入，由CPU控制模塊進(jìn)行改進(jìn)的數(shù)字PID控制，以PWM脈沖的形式由PWM輸出模塊輸出，在簡(jiǎn)單的外圍邏輯電路配合下，實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)大功率管的控制；同時(shí)，CPU控制模塊的主要功能還包括雙CPU的相互監(jiān)測(cè)、備份和切換，從而實(shí)現(xiàn)“雙余度”控制；所述串口通信模塊是由軟件初始化并控制CPU的串口控制器(UART單元)實(shí)現(xiàn)，該UART單元繼承了傳統(tǒng)51單片機(jī)的串口發(fā)送和接收結(jié)構(gòu)；本發(fā)明利用RS422電平標(biāo)準(zhǔn)的外圍串口轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)CPU串口電平標(biāo)準(zhǔn)和外部傳輸電平標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換；并利用其中斷服務(wù)程序?qū)C(jī)載主控制計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；為了達(dá)到機(jī)載主控制計(jì)算機(jī)同時(shí)控制本發(fā)明的多個(gè)實(shí)體的目的，并且減小誤碼率的產(chǎn)生，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)多機(jī)通信的協(xié)議，如表ι所示表1適用于多機(jī)通信的串口通信協(xié)議<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>其中，“幀頭”用于機(jī)載主控制計(jì)算機(jī)與本發(fā)明之間串口通信的同步；“地址”是為本發(fā)明的多個(gè)實(shí)體預(yù)先分配的地址，實(shí)體可根據(jù)地址確認(rèn)執(zhí)行自身的控制信息，而機(jī)載主控制計(jì)算機(jī)可根據(jù)地址確認(rèn)各實(shí)體當(dāng)前的工作狀態(tài)；“長(zhǎng)度”是由幀頭到校驗(yàn)和的字節(jié)數(shù)，發(fā)送端可根據(jù)此信息實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)量不定的串口通信，接收端可通過長(zhǎng)度信息和幀尾信息驗(yàn)證接收數(shù)據(jù)是否正確；“校驗(yàn)和”用來判斷此次通信是否出現(xiàn)無碼情況，其校驗(yàn)方法是將幀頭至幀尾的全部字節(jié)依次進(jìn)行位異或操作；“幀尾”是一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志；其控制流程如圖2所示當(dāng)串口接收中斷標(biāo)志被置位時(shí)，串口中斷服務(wù)程序根據(jù)“幀頭”、“地址”分別進(jìn)行幀同步和信息過濾，在接收到本機(jī)所需的控制信息后根據(jù)數(shù)據(jù)幀“長(zhǎng)度”預(yù)測(cè)“幀尾”位置，并根據(jù)“校驗(yàn)和”信息進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證，確定無誤后進(jìn)行有效數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理；所述PCM解碼模塊是由CPU的外部中斷和定時(shí)器配合實(shí)現(xiàn)，用于對(duì)手持無線電遙控器(Futaba)發(fā)送的PCM脈沖的接收與解碼量化；其解碼流程如圖3所示本發(fā)明通過將定時(shí)器配置為外部中斷觸發(fā)計(jì)數(shù)的模式，在外部中斷的下降沿中斷服務(wù)程序中獲得PCM脈沖測(cè)量值，并設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單易行的PCM解碼量化方法a)計(jì)算定時(shí)器對(duì)PCM脈沖計(jì)數(shù)值最值Vm與中心位置計(jì)數(shù)值Vtl之間的差值；b)計(jì)算AD采集值的最值A(chǔ)m與陀螺或舵機(jī)中立位置的AD采集值A(chǔ)tl之間的差值；c)根據(jù)兩差值的比例關(guān)系設(shè)計(jì)比例系數(shù)K；d)計(jì)算定時(shí)器對(duì)PCM脈沖計(jì)數(shù)值Vi與中心位置計(jì)數(shù)值Vtl之間的差值，可將此差值直接量化為后續(xù)PID計(jì)算所需的整型數(shù)據(jù)Pi,其量化公式為Pi=(Vi-V0)XK其中=々-J；。該P(yáng)CM解碼模塊與串口通信模塊組成了本發(fā)明的給定值輸入模塊，為了提高控制靈活性，本發(fā)明為兩路輸入設(shè)置了優(yōu)先級(jí)，且后者優(yōu)先級(jí)高于前者后者在有效狀態(tài)下可以被前者搶占，且系統(tǒng)切換至PCM脈沖控制模式；而前者在有效狀態(tài)下系統(tǒng)忽略串口接收的有關(guān)定值部分的命令，系統(tǒng)工作在PCM脈沖控制模式；當(dāng)且僅當(dāng)系統(tǒng)判定PCM脈沖控制失效時(shí)，退出當(dāng)前控制狀態(tài)，使能串口命令控制，系統(tǒng)進(jìn)入串口命令控制模式；所述AD采集模塊是由CPU的集成模數(shù)轉(zhuǎn)化(ADC)單元配合外圍差分電路實(shí)現(xiàn)；該ADC單元的采集功能完全在CPU內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，量化數(shù)據(jù)直接被CPU的控制模塊使用，加快了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，提高了控制效率；本發(fā)明的AD采集模塊輸入方式可參照后列表2進(jìn)行分類，它具有四通道和兩通道兩種模式；為了減小直流分量等干擾對(duì)采集值精度的影響，各通道均采用差分輸入的方式；所述PWM輸出模塊是由CPU的集成可編程的計(jì)數(shù)器陣列(PCA)單元組成，配合外圍協(xié)調(diào)電路，以電流驅(qū)動(dòng)的形式控制后級(jí)大功率管系統(tǒng)；該P(yáng)CA單元具有六路獨(dú)立的捕捉/比較模塊和輸出，并共用一個(gè)計(jì)數(shù)/定時(shí)器；本發(fā)明使用其中三路，并配置其工作在8位PWM輸出狀態(tài)下，輸出地PWM脈沖具有255位量化精度，最小分辨率由系統(tǒng)時(shí)鐘與量化精度共同決定；為了保護(hù)后級(jí)大功率管，本發(fā)明提供兩路控制電平與兩路PWM脈沖同步輸出，由外圍匹配電路將兩者耦合，用于控制后級(jí)大功率管的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和截止?fàn)顟B(tài)，其流程如圖4所示判斷當(dāng)前PID計(jì)算結(jié)果與前一次PID計(jì)算結(jié)果是否為異號(hào)，若為異號(hào)則需改變后級(jí)大功率管的轉(zhuǎn)向，此時(shí)需要400us延時(shí)輸出，兩路電平為高，控制其工作在截止?fàn)顟B(tài)；在截止時(shí)期內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行PID計(jì)算和判斷過程，如再異號(hào)則清零計(jì)數(shù)，繼續(xù)400us延時(shí)，以此反復(fù)直至延時(shí)結(jié)束，輸出PWM脈沖并改變電平狀態(tài)；此過程可以降低陀螺或舵機(jī)在穩(wěn)定位置上由于給定值和采集值的誤差而產(chǎn)生的抖動(dòng)現(xiàn)象的出現(xiàn)幾率；所述CPU控制模塊是由本發(fā)明新設(shè)計(jì)的軟件部分實(shí)現(xiàn)，其主要功能包括協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作狀態(tài)和PID控制流程，進(jìn)行改進(jìn)的數(shù)字PID計(jì)算以及雙余度控制的實(shí)現(xiàn)等；為了實(shí)現(xiàn)上述功能并且提高系統(tǒng)軟件的邏輯性、可讀性和可移植性，本發(fā)明通過模塊化的方式加以區(qū)分與設(shè)計(jì)；此部分為本發(fā)明的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)，包括系統(tǒng)工作狀態(tài)協(xié)調(diào)模塊、PID控制模塊、改進(jìn)的數(shù)字PID計(jì)算模塊和雙余度控制模塊等；其間的相互關(guān)系為系統(tǒng)工作狀態(tài)協(xié)調(diào)模塊通過改變系統(tǒng)在飛行環(huán)境下的工作狀態(tài)，調(diào)整系統(tǒng)其他模塊的具體實(shí)施流程；在確定工作狀態(tài)的前提下，雙余度控制模塊根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息改變CPU當(dāng)前身份，從而重置PID控制流程；PID控制模塊受制于前面兩個(gè)模塊的輸出，用于在不同工作狀態(tài)下對(duì)當(dāng)前PID計(jì)算的流程進(jìn)行控制；改進(jìn)的數(shù)字PID計(jì)算模塊被PID控制模塊調(diào)用，是本發(fā)明中核心控制理論，即PID算法的具體實(shí)現(xiàn)；該系統(tǒng)工作狀態(tài)協(xié)調(diào)模塊是本發(fā)明在飛行環(huán)境下確定和更改當(dāng)前控制模式標(biāo)識(shí)的唯一途徑；它根據(jù)當(dāng)前給定值的獲得渠道確定當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀態(tài)，即等待PCM脈沖或串口控制命令狀態(tài)，PCM脈沖使能狀態(tài)和串口控制命令使能狀態(tài)；系統(tǒng)工作狀態(tài)還可由雙余度控制模塊進(jìn)行自主切換，即當(dāng)CPU檢測(cè)自身或備份CPU出現(xiàn)故障時(shí)，可改變自身的工作狀態(tài)；該P(yáng)ID控制模塊是通過改變一個(gè)雙向鏈表的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的，此雙向鏈表中的節(jié)點(diǎn)是由PID計(jì)算中涉及到的變量和參數(shù)組成的結(jié)構(gòu)體；它主要用于協(xié)調(diào)PID控制流程；本發(fā)明為了提高控制精度和反應(yīng)速度，詳細(xì)設(shè)計(jì)了一套PID控制流程，并對(duì)PID計(jì)算進(jìn)行了C語言的代碼優(yōu)化；本發(fā)明的PID控制流程可分為兩種情況，即接收到有效的PCM控制脈沖或串口命令獲得給定值初值時(shí)的及時(shí)響應(yīng)過程；以及在完成上述過程后，PID流程進(jìn)入的微調(diào)狀態(tài)；該改進(jìn)的數(shù)字PID計(jì)算模塊是由當(dāng)前給定值、采集值、比例系數(shù)和微分系數(shù)等變量，按照數(shù)字PID算法進(jìn)行的運(yùn)算，此模塊的輸入與輸出均被量化為整數(shù)行變量；它采取了多項(xiàng)措施提高PID計(jì)算的靈活性對(duì)當(dāng)前給定值與采集值的差值進(jìn)行分區(qū)，并據(jù)此采取協(xié)調(diào)P、D參數(shù)、設(shè)立“死區(qū)”等方法進(jìn)行分段式的PID計(jì)算等；該雙余度控制模塊是由“檢測(cè)”、“判決”和“切換”三個(gè)階段組成；本發(fā)明的硬件板卡中包括兩片CPU，被初始化為主、從兩種身份；“檢測(cè)”是由主CPU的信號(hào)源檢測(cè)和CPU的實(shí)時(shí)互監(jiān)測(cè)兩部分組成，其中主CPU通過對(duì)PCM脈沖和串口命令狀態(tài)進(jìn)行具有優(yōu)先級(jí)的信號(hào)源檢測(cè)，而CPU之間通過輸出信號(hào)進(jìn)行互相監(jiān)視，即實(shí)時(shí)互監(jiān)測(cè)；“判決”根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合CPU身份實(shí)時(shí)判別系統(tǒng)工作狀態(tài)；“切換”根據(jù)當(dāng)前判決結(jié)果異常，以及雙CPU的當(dāng)前身份進(jìn)行自主切換，同時(shí)為避免兩者同主或同從的情況特別設(shè)計(jì)了切換方案；它主要用于CPU工作狀態(tài)備份和切換；兩者同步完成自身的輸入處理、流程協(xié)調(diào)和PID計(jì)算，為相互備份和切換時(shí)飛機(jī)姿態(tài)控制的平穩(wěn)過渡做好準(zhǔn)備；兩點(diǎn)主要區(qū)別在于主CPU負(fù)責(zé)最終PWM脈沖的輸出，而從CPU在此期間處于靜默狀態(tài)；根據(jù)CPU身份不同進(jìn)行系統(tǒng)初始化，并選擇不同的實(shí)時(shí)監(jiān)控信號(hào)以及異常情況下的身份變更和重初始化。(2)本發(fā)明一種共軸式無人直升機(jī)的雙余度姿態(tài)控制系統(tǒng)的調(diào)試方法，其主要目的在于降低PID控制中比例參數(shù)和微分參數(shù)的調(diào)試復(fù)雜程度，提高參數(shù)準(zhǔn)確度，并實(shí)時(shí)保存有效的參數(shù)值。它所涉及的參數(shù)為各層PID計(jì)算的比例參數(shù)Kp和微分參數(shù)Kd，控制源為Futaba,需為四路AD采集通道提供外接設(shè)備，其中兩路外接可調(diào)電位器模擬Kp和Kd；另外兩路與飛行環(huán)境相同，分別與舵機(jī)的位置傳感器和速度傳感器相接；輸出端接舵機(jī)的大功率管控制器，通過PWM脈沖控制舵機(jī)位置；所采用的數(shù)字PID核心算法是y(k)=KpX{e(k)-KdX[e(k)_e(k_l)]}其中y(k)為時(shí)刻k的輸出量，e(k)為給定值與采集值在k時(shí)刻的差，Kp為比例系數(shù)，Kd為微分系數(shù)。試驗(yàn)環(huán)境下的PID控制流程如圖5所示CPU上電后通過對(duì)特定I/O端口的檢測(cè)區(qū)分當(dāng)前工作環(huán)境，即飛行環(huán)境和試驗(yàn)環(huán)境。飛行環(huán)境是指各層PID參數(shù)均已確定的情況下，姿態(tài)控制器真正工作的環(huán)境，此時(shí)各層PID參數(shù)由閃存(FLASH)的“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)”讀取并在外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元(XRAM)中賦值；試驗(yàn)環(huán)境是指PID參數(shù)調(diào)試環(huán)境，可分為“位置PID相關(guān)參數(shù)調(diào)試”和“轉(zhuǎn)速PID相關(guān)參數(shù)調(diào)試”兩個(gè)狀態(tài)。以“舵機(jī)位置相關(guān)參數(shù)調(diào)試”為例，試驗(yàn)環(huán)境下所需的外圍設(shè)備和信號(hào)為a)為Futaba輸出的控制脈沖設(shè)定門限，在門限范圍內(nèi)CPU把控制脈沖以舵機(jī)位置給定值形式處理；超出這個(gè)門限時(shí)，CPU接收到“寫FLASH使能”信號(hào)，把當(dāng)前的Kp或Kd寫入預(yù)先分配的FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中。b)提供四路AD采集通道，其中兩路外接電位器，通過調(diào)整電位器模擬Kp和Kd；另外兩路與飛行環(huán)境相同，分別與舵機(jī)的位置傳感器和速度傳感器相接。c)輸出端接舵機(jī)的大功率管控制器，通過PWM脈沖控制舵機(jī)位置。本發(fā)明一種共軸式無人直升機(jī)的雙余度姿態(tài)控制系統(tǒng)的調(diào)試方法，其具體步驟如下步驟一根據(jù)參數(shù)調(diào)試對(duì)象即“位置”或“速度”的K1^PKd,連接已定義的I/O端口至高或低電平端，用以系統(tǒng)上電后對(duì)實(shí)現(xiàn)環(huán)境的檢測(cè)；步驟二調(diào)節(jié)電位器為K1^PKd提供初始參數(shù)，通過Futaba以PCM脈沖的形式發(fā)送陀螺或舵機(jī)位置給定值，系統(tǒng)按照試驗(yàn)環(huán)境下的PID控制流程對(duì)后級(jí)大功率管進(jìn)行控制；步驟三保持Futaba的中立位置不變，按照每次試驗(yàn)只調(diào)節(jié)一個(gè)電位器的原則，即固定其中一個(gè)，只調(diào)整另一個(gè)，使舵機(jī)達(dá)到自激抖動(dòng)的臨界狀態(tài)；在當(dāng)前參數(shù)的作用下PID控制的靈敏度和穩(wěn)定度最佳，Kp和Kd為最優(yōu)化參數(shù)；步驟四操作Futaba輸出超過脈沖門限的信號(hào)，CPU在解析出第一個(gè)“寫FLASH使能”信號(hào)后將當(dāng)前Kp或Kd的采集值量化并寫入FLASH，并忽略之后連續(xù)到達(dá)的寫使能信號(hào)；步驟五操作Futaba返回中心位置，CPU復(fù)位當(dāng)前狀態(tài)，繼續(xù)等待下一次有效的寫使能信號(hào)的到來，結(jié)束一次調(diào)試。3、優(yōu)點(diǎn)及功效本發(fā)明通過全數(shù)字化的，雙余度的控制方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)共軸式無人直升機(jī)的姿態(tài)控制，簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了干擾，提高了控制靈活性、系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。本發(fā)明的架構(gòu)體系便于后期的系統(tǒng)維護(hù)、升級(jí)和改造，為同類型姿態(tài)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一種可實(shí)施方案。同時(shí)，本發(fā)明中所涉及到的參數(shù)調(diào)試方法操作簡(jiǎn)單，大大提高了調(diào)試效率以及參數(shù)的精確度。圖1本發(fā)明總體架構(gòu)示意圖圖2串口控制流程3PCM解碼及量化流程4PWM輸出控制流程5試驗(yàn)環(huán)境下PID控制流程6系統(tǒng)初始化流程7(a)陀螺位置PID控制的邏輯關(guān)系7(b)舵機(jī)位置PID控制的邏輯關(guān)系8系統(tǒng)工作狀態(tài)協(xié)調(diào)模塊的狀態(tài)轉(zhuǎn)移9PID控制模塊控制流程10改進(jìn)的數(shù)字PID計(jì)算模塊處理流程11雙余度控制模塊的CPU身份切換轉(zhuǎn)移中符號(hào)說明如下A串口通信模塊；BPCM解碼模塊；CAD采集模塊；DPWM輸出模塊；ECPU控制模塊；ViPCM脈沖計(jì)數(shù)值ΛPCM中心位置計(jì)數(shù)值力PID計(jì)算結(jié)果；KPCM給定值與AD采集值的比例系數(shù)；Al第一層PID計(jì)算(PIDΝ01)；Bl第二層PID計(jì)算(PIDΝ02)Cl第三層PID計(jì)算(PIDΝ03)；Dl第四層PID計(jì)算(PIDΝ04)Α2等待PCM脈沖或串口控制命令狀態(tài)；Β2PCM脈沖使能狀態(tài)；C2串口控制命令使能狀態(tài)；now雙向鏈表當(dāng)前使能節(jié)點(diǎn)；head雙向鏈表頭；tail雙向鏈表尾；now->nextnow的順序下一節(jié)點(diǎn)；now—>prenow的逆序上一節(jié)點(diǎn)；e(k)給定值與采集值在k時(shí)刻的差；Kp比例系數(shù)；Kd微分系數(shù)；MpKp的分段比例系數(shù)；MdKd的分段比例系數(shù)；y(k)時(shí)刻k的PID計(jì)算輸出量；Effline(k)的最小值；具體實(shí)施例方式(1)見圖1，本發(fā)明一種共軸式無人直升機(jī)雙余度姿態(tài)控制系統(tǒng)，它是由串口通信模塊A、PCM解碼模塊B、AD采集模塊C、PWM輸出模塊D和CPU控制模塊E等部分組成的。它們之間的邏輯關(guān)系是串口通信模塊A、PCM解碼模塊B、AD采集模塊C作為系統(tǒng)輸入，由CPU控制模塊E進(jìn)行改進(jìn)的數(shù)字PID控制，以PWM脈沖的形式由PWM輸出模塊D輸出，在簡(jiǎn)單的外圍邏輯電路配合下，實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)大功率管的控制；同時(shí)，CPU控制模塊E的主要功能還包括雙CPU的相互監(jiān)測(cè)、備份和切換，從而實(shí)現(xiàn)“雙余度”控制。所述串口通信模塊是由軟件初始化并控制CPU的串口控制器(UART單元)實(shí)現(xiàn)，該UART單元繼承了傳統(tǒng)51單片機(jī)的串口發(fā)送和接收結(jié)構(gòu)；本發(fā)明利用RS422電平標(biāo)準(zhǔn)的外圍串口轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)CPU串口電平標(biāo)準(zhǔn)和外部傳輸電平標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換；并利用其中斷服務(wù)程序?qū)C(jī)載主控制計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；為了達(dá)到機(jī)載主控制計(jì)算機(jī)同時(shí)控制本發(fā)明的多個(gè)實(shí)體的目的，并且減小誤碼率的產(chǎn)生，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)多機(jī)通信的協(xié)議，如下列表1所示，“幀頭”用于機(jī)載主控制計(jì)算機(jī)與本發(fā)明之間串口通信的同步；“地址”是為本發(fā)明的多個(gè)實(shí)體預(yù)先分配的地址，實(shí)體可根據(jù)地址確認(rèn)執(zhí)行自身的控制信息，而機(jī)載主控制計(jì)算機(jī)可根據(jù)地址確認(rèn)各實(shí)體當(dāng)前的工作狀態(tài)；“長(zhǎng)度”是由幀頭到校驗(yàn)和的字節(jié)數(shù)，發(fā)送端可根據(jù)此信息實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)量不定的串口通信，接收端可通過長(zhǎng)度信息和幀尾信息驗(yàn)證接收數(shù)據(jù)是否正確；“校驗(yàn)和”用來判斷此次通信是否出現(xiàn)無碼情況，其校驗(yàn)方法是將幀頭至幀尾的全部字節(jié)依次進(jìn)行位異或操作；“幀尾”是一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志；其控制流程如圖2所示當(dāng)串口接收中斷標(biāo)志被置位時(shí)，串口中斷服務(wù)程序根據(jù)“幀頭”、“地址”分別進(jìn)行幀同步和信息過濾，在接收到本機(jī)所需的控制信息后根據(jù)數(shù)據(jù)幀“長(zhǎng)度”預(yù)測(cè)“幀尾”位置，并根據(jù)“校驗(yàn)和”信息進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證，確定無誤后進(jìn)行有效數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理；表1適用于多機(jī)通信的串口通信協(xié)議<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>所述PCM解碼模塊是由CPU的外部中斷和定時(shí)器配合實(shí)現(xiàn)，用于對(duì)Futaba發(fā)送的PCM脈沖的接收與解碼量化；其解碼流程如圖3所示本發(fā)明通過將定時(shí)器配置為外部中斷觸發(fā)計(jì)數(shù)的模式，在外部中斷的下降沿中斷服務(wù)程序中獲得PCM脈沖測(cè)量值，并設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單易行的PCM解碼量化方法a)計(jì)算定時(shí)器對(duì)PCM脈沖計(jì)數(shù)值最值￥111與中心位置計(jì)數(shù)值Vtl之間的差值；b)計(jì)算AD采集值的最值A(chǔ)m與陀螺或舵機(jī)中立位置的AD采集值A(chǔ)tl之間的差值；c)根據(jù)兩差值的比例關(guān)系設(shè)計(jì)比例系數(shù)K;d)計(jì)算定時(shí)器對(duì)PCM脈沖計(jì)數(shù)值Vi與中心位置計(jì)數(shù)值Vtl之間的差值，可將此差值直接量化為后續(xù)PID計(jì)算所需的整型數(shù)據(jù)Pi,其量化公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>該P(yáng)CM解碼模塊與串口通信模塊組成了本發(fā)明的給定值輸入模塊，為了提高控制靈活性，本發(fā)明為兩路輸入設(shè)置了優(yōu)先級(jí)，且后者優(yōu)先級(jí)高于前者后者在有效狀態(tài)下可以被前者搶占，且系統(tǒng)切換至PCM脈沖控制模式；而前者在有效狀態(tài)下系統(tǒng)忽略串口接收的有關(guān)定值部分的命令，系統(tǒng)工作在PCM脈沖控制模式；當(dāng)且僅當(dāng)系統(tǒng)判定PCM脈沖控制失效時(shí)，退出當(dāng)前控制狀態(tài)，使能串口命令控制，系統(tǒng)進(jìn)入串口命令控制模式；所述AD采集模塊是由CPU的集成ADC單元配合外圍差分電路實(shí)現(xiàn)；該ADC單元的采集功能完全在CPU內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，量化數(shù)據(jù)直接被CPU的控制模塊使用，加快了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，提高了控制效率；本發(fā)明的AD輸入方式可參照后列表2進(jìn)行分類，它具有四通道和兩通道兩種模式，為了減小直流分量等干擾對(duì)采集值精度的影響，各通道均采用差分輸入的方式；所述PWM輸出模塊是由CPU的集成PCA單元組成，配合外圍協(xié)調(diào)電路，以電流驅(qū)動(dòng)的形式控制后級(jí)大功率管系統(tǒng)；該P(yáng)CA單元是一個(gè)可編程的計(jì)數(shù)器陣列，具有六路獨(dú)立的捕捉/比較模塊和輸出，并共用一個(gè)計(jì)數(shù)/定時(shí)器；本發(fā)明使用其中三路，并配置其工作在8位PWM輸出狀態(tài)下，輸出地PWM脈沖具有255位量化精度，最小分辨率由系統(tǒng)時(shí)鐘與量化精度共同決定；為了保護(hù)后級(jí)大功率管，本發(fā)明提供兩路控制電平與兩路PWM脈沖同步輸出，由外圍匹配電路將兩者耦合，用于控制后級(jí)大功率管的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和截止?fàn)顟B(tài)，其流程如圖4所示判斷當(dāng)前PID計(jì)算結(jié)果與前一次PID計(jì)算結(jié)果是否為異號(hào)，若為異號(hào)則需改變后級(jí)大功率管的轉(zhuǎn)向，此時(shí)需要400us延時(shí)輸出，兩路電平為高，控制其工作在截止?fàn)顟B(tài)；在截止時(shí)期內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行PID計(jì)算和判斷過程，如再異號(hào)則清零計(jì)數(shù)，繼續(xù)400us延時(shí)，以此反復(fù)直至延時(shí)結(jié)束，輸出PWM脈沖并改變電平狀態(tài)；此過程可以降低陀螺或舵機(jī)在穩(wěn)定位置上由于給定值和采集值的誤差而產(chǎn)生的抖動(dòng)現(xiàn)象的出現(xiàn)幾率；所述CPU控制模塊是由本發(fā)明新設(shè)計(jì)的軟件部分實(shí)現(xiàn)，其主要功能包括協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作狀態(tài)和PID控制流程，進(jìn)行改進(jìn)的數(shù)字PID計(jì)算以及雙余度控制的實(shí)現(xiàn)等；為了實(shí)現(xiàn)上述功能并且提高系統(tǒng)軟件的邏輯性、可讀性和可移植性，本發(fā)明通過模塊化的方式加以區(qū)分與設(shè)計(jì)；此部分為本發(fā)明的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)，包括系統(tǒng)工作狀態(tài)協(xié)調(diào)模塊、PID控制模塊、改進(jìn)的數(shù)字PID計(jì)算模塊和雙余度控制模塊等；其間的相互關(guān)系為系統(tǒng)工作狀態(tài)協(xié)調(diào)模塊通過改變系統(tǒng)在飛行環(huán)境下的工作狀態(tài)，調(diào)整系統(tǒng)其他模塊的具體實(shí)施流程；在確定工作狀態(tài)的前提下，雙余度控制模塊根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息改變CPU當(dāng)前身份，從而重置PID控制流程；PID控制模塊受制于前面兩個(gè)模塊的輸出，用于在不同工作狀態(tài)下對(duì)當(dāng)前PID計(jì)算的流程進(jìn)行控制；改進(jìn)的數(shù)字PID計(jì)算模塊被PID控制模塊調(diào)用，是本發(fā)明中核心控制理論，即PID算法的具體實(shí)現(xiàn)；該系統(tǒng)工作狀態(tài)協(xié)調(diào)模塊是本發(fā)明在飛行環(huán)境下確定和更改當(dāng)前控制模式標(biāo)識(shí)的唯一途徑；它根據(jù)當(dāng)前給定值的獲得渠道確定當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀態(tài)，即等待PCM脈沖或串口控制命令狀態(tài)，PCM脈沖使能狀態(tài)和串口控制命令使能狀態(tài)；系統(tǒng)工作狀態(tài)還可由雙余度控制模塊進(jìn)行自主切換，即當(dāng)CPU檢測(cè)自身或備份CPU出現(xiàn)故障時(shí)，可改變自身的工作狀態(tài)；該P(yáng)ID控制模塊是通過改變一個(gè)雙向鏈表的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的，此雙向鏈表中的節(jié)點(diǎn)是由PID計(jì)算中涉及到的變量和參數(shù)組成的結(jié)構(gòu)體；它主要用于協(xié)調(diào)PID控制流程；本發(fā)明為了提高控制精度和反應(yīng)速度，詳細(xì)設(shè)計(jì)了一套PID控制流程，并對(duì)PID計(jì)算進(jìn)行了C語言的代碼優(yōu)化；本發(fā)明的PID控制流程可分為兩種情況，即接收到有效的PCM控制脈沖或串口命令獲得給定值初值時(shí)的及時(shí)響應(yīng)過程；以及在完成上述過程后，PID流程進(jìn)入的微調(diào)狀態(tài)；該改進(jìn)的數(shù)字PID計(jì)算模塊是由當(dāng)前給定值、采集值、比例系數(shù)和微分系數(shù)等變量，按照數(shù)字PID算法進(jìn)行的運(yùn)算，此模塊的輸入與輸出均被量化為整數(shù)行變量；它采取了多項(xiàng)措施提高PID計(jì)算的靈活性對(duì)當(dāng)前給定值與采集值的差值進(jìn)行分區(qū)，并據(jù)此采取協(xié)調(diào)P、D參數(shù)、設(shè)立“死區(qū)”等方法進(jìn)行分段式的PID計(jì)算等；該雙余度控制模塊是由“檢測(cè)”、“判決”和“切換”三個(gè)階段組成；本發(fā)明的硬件板卡中包括兩片CPU，被初始化為主、從兩種身份；“檢測(cè)”是由主CPU的信號(hào)源檢測(cè)和CPU的實(shí)時(shí)互監(jiān)測(cè)兩部分組成，其中主CPU通過對(duì)PCM脈沖和串口命令狀態(tài)進(jìn)行具有優(yōu)先級(jí)的信號(hào)源檢測(cè)，而CPU之間通過輸出信號(hào)進(jìn)行互相監(jiān)視，即實(shí)時(shí)互監(jiān)測(cè)；“判決”根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合CPU身份實(shí)時(shí)判別系統(tǒng)工作狀態(tài)；“切換”根據(jù)當(dāng)前判決結(jié)果異常，以及雙CPU的當(dāng)前身份進(jìn)行自主切換，同時(shí)為避免兩者同主或同從的情況特別設(shè)計(jì)了切換方案；它主要用于CPU工作狀態(tài)備份和切換；兩者同步完成自身的輸入處理、流程協(xié)調(diào)和PID計(jì)算，為相互備份和切換時(shí)飛機(jī)姿態(tài)控制的平穩(wěn)過渡做好準(zhǔn)備；兩點(diǎn)主要區(qū)別在于主CPU負(fù)責(zé)最終PWM脈沖的輸出，而從CPU在此期間處于靜默狀態(tài)；根據(jù)CPU身份不同進(jìn)行系統(tǒng)初始化，并選擇不同的實(shí)時(shí)監(jiān)控信號(hào)以及異常情況下的身份變更和重初始化。為了提高系統(tǒng)的數(shù)字化程度，減少飛行狀態(tài)下系統(tǒng)硬件電路各部分的EMC影響，本發(fā)明選擇外設(shè)資源頗為豐富的SiliconLiboratories公司出品的C8051F121單片機(jī)，它把UART、外部中斷INT、定時(shí)器Timer、ADC模塊和PCA模塊等集成在片內(nèi)。本發(fā)明將上述的五個(gè)邏輯模塊全部置于CPU內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，配置少量調(diào)理電路，即可實(shí)現(xiàn)由輸入、處理到輸出的完整功能。A由UART實(shí)現(xiàn)，B由INT和Timer實(shí)現(xiàn)，C由ADC模塊實(shí)現(xiàn)，D由PCA模塊實(shí)現(xiàn)。通過配置C8051F121單片機(jī)通用I/O的交叉編譯開關(guān)，可以按照優(yōu)先級(jí)順序?qū)⑺栀Y源配置在I/O端口上。串口通信模塊A、PCM解碼模塊B和AD采集模塊C組成輸入部分，PWM輸出模塊D是輸出部分。按照兩者物理意義的劃分，本發(fā)明的工作模式可以歸納為三種，如表2所示表2本發(fā)明的三種工作模式輸入物理量輸出物理量位置給定值A(chǔ)D采集值PWM脈沖陀螺位置--------------------用于舵機(jī)1陀螺轉(zhuǎn)速陀螺位置-----------轉(zhuǎn)速調(diào)整的舵機(jī)1位置------------------------------PWM脈沖舵機(jī)1轉(zhuǎn)速舵機(jī)1位置用于舵機(jī)1舵機(jī)1位置-----------------轉(zhuǎn)速調(diào)整的舵機(jī)1轉(zhuǎn)速pWM脈沖舵機(jī)2位置用于舵機(jī)2舵機(jī)2位置-轉(zhuǎn)速調(diào)整的舵機(jī)2轉(zhuǎn)速PWM脈沖“位置給定值”是指期望的陀螺或舵機(jī)的轉(zhuǎn)角位置，在本系統(tǒng)中所使用的有效范圍為相對(duì)預(yù)定的中立位置士45°之間?！癆D采集值”是指由傳感器反饋回來的電壓信號(hào)，其中的“轉(zhuǎn)速”是指陀螺或舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。輸出量是一個(gè)連續(xù)的PWM脈沖序列，實(shí)際物理意義是期望的舵機(jī)轉(zhuǎn)速。結(jié)合后期測(cè)試情況，為了保證姿態(tài)控制的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，必須協(xié)調(diào)各層PID計(jì)算時(shí)間和流程。同時(shí)，為了減小外部獨(dú)立晶振誤差，保證主、從CPU的同步，本發(fā)明由C8051F121的片內(nèi)晶振驅(qū)動(dòng)，并通過內(nèi)部PLL倍頻，系統(tǒng)時(shí)鐘為73.5MHZ。根據(jù)CPU身份的不同，需要使能不同的集成硬件資源。本系統(tǒng)中所使用的硬件資源如表3所示表3系統(tǒng)硬件資源占用情況<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>PCM脈沖信號(hào)經(jīng)過比較器CPO的整形，輸入至INTlJfTimerl配置為INTl觸發(fā)的計(jì)時(shí)方式，完成PCM脈沖寬度的測(cè)量，通過量化獲得給定值。UART被用來接收串口數(shù)據(jù)，采用適合于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)腞S422電平協(xié)議，1位起始位、1位停止位和8位數(shù)據(jù)位，無校驗(yàn)位，波特率57600。脈沖控制周期約為14ms，串口控制周期約為20ms。AD采集具有四通道和兩通道兩種模式，且各通道均采用差分輸入的方式。差分輸入信號(hào)為電壓量，輸入范圍受C8051F120端口極限電壓的控制，為03.3V。本發(fā)明采用ADCO模塊，采樣頻率為2MHZ，量化精度為12bit，量化值左對(duì)齊輸出。配置ADCO使其工作在跟蹤模式，除了轉(zhuǎn)換期間之外ADCO輸入被連續(xù)跟蹤，每次轉(zhuǎn)換之前都有3個(gè)SAR時(shí)鐘的跟蹤周期。適合于本發(fā)明中ADCO所處的采集通道被連續(xù)頻繁切換的情況。集成的PCA模塊用來實(shí)現(xiàn)PWM脈沖的輸出。本發(fā)明提供三路PWM脈沖輸出，其中兩路與通用I/O電平配合，通過或非門4001協(xié)調(diào)輸出控制后級(jí)大功率管的工作狀態(tài)，另外一路作為從CPU監(jiān)視主CPU工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)信號(hào)。鑒于后級(jí)大功率管的反映速度，通過配置PCA時(shí)鐘源的方式獲得適當(dāng)?shù)腜WM脈沖的輸出頻率。本發(fā)明采用TimerO的溢出作為PCA時(shí)鐘源，255位量化的PWM脈沖輸出頻率為8KHZ，最小分辨率為0.49us。本發(fā)明采用KeilC編程實(shí)現(xiàn)了姿態(tài)控制系統(tǒng)的全部流程，集成開發(fā)環(huán)境為KeiluVision3，代碼大小為10.Ik字節(jié)，使用片內(nèi)RAM83字節(jié)，片上外部RAM124字節(jié)。為了保證本發(fā)明在飛行環(huán)境下的系統(tǒng)穩(wěn)定性，采用看門狗復(fù)位和軟件復(fù)位兩種方式重新初始化系統(tǒng)軟硬資源。其中看門狗復(fù)位在處理超時(shí)情況使能，軟件復(fù)位在CPU在實(shí)時(shí)檢測(cè)過程中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常情況下使能。CPU復(fù)位后初始化流程如圖6所示。根據(jù)CPU原始身份的不同，需要按照復(fù)位方式對(duì)集成硬件資源進(jìn)行不同初始化。而主、從CPU復(fù)用的硬件資源需要按照當(dāng)前CPU身份完成不同的功能。根據(jù)C8051F121的特性，其初始化過程應(yīng)該符合一定的先后順序，在配置其他資源之前，首先應(yīng)完成I/O端口和系統(tǒng)時(shí)鐘的初始化。系統(tǒng)工作狀態(tài)協(xié)調(diào)模塊的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖見圖8，其中Al為等待PCM脈沖或串口控制命令狀態(tài)，Bl為PCM脈沖使能狀態(tài)，Cl為串口控制命令使能狀態(tài)。按照當(dāng)前給定值的獲得渠道，該系統(tǒng)的工作狀態(tài)協(xié)調(diào)模塊可確定和更改本發(fā)明在飛行環(huán)境下的系統(tǒng)的工作狀態(tài)。本發(fā)明采取PCM脈沖和串口命令兩種控制模式，且前者的控制優(yōu)先級(jí)高于后者后者在有效狀態(tài)下可以被前者搶占，且系統(tǒng)切換至PCM脈沖使能模式；而前者在有效狀態(tài)下系統(tǒng)忽略串口接收的有關(guān)定值部分的命令，系統(tǒng)仍工作在PCM脈沖使能模式。系統(tǒng)工作狀態(tài)還可由雙余度控制模塊進(jìn)行自主切換，即當(dāng)CPU檢測(cè)自身或備份CPU出現(xiàn)故障時(shí)，可改變自身的工作狀態(tài)當(dāng)系統(tǒng)判定PCM脈沖控制失效時(shí)，退出當(dāng)前PCM使能狀態(tài)，切換至串口命令控制，系統(tǒng)進(jìn)入串口命令使能模式；當(dāng)系統(tǒng)判定串口故障時(shí)，退出當(dāng)前串口命令使能模式，等待兩路信號(hào)源的再次使能。PID控制模塊的控制流程圖見圖9，在判定系統(tǒng)為飛行環(huán)境的前提下，根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以及是否需要及時(shí)響應(yīng)外部信號(hào)源的更新信息來控制PID計(jì)算流程。在對(duì)姿態(tài)控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件需求分析的基礎(chǔ)上，本發(fā)明清晰地進(jìn)行了變量管理和控制流程設(shè)計(jì)主流程通過對(duì)特定I/O端口的檢測(cè)區(qū)分當(dāng)前工作環(huán)境，即飛行環(huán)境和試驗(yàn)環(huán)境。兩種環(huán)境下，主流程均圍繞協(xié)調(diào)各層PID計(jì)算順序展開，為了簡(jiǎn)化其過程，針對(duì)每層PID所涉及到的數(shù)據(jù)資源建立了一個(gè)以“AD采集通道號(hào)”為索引的雙向鏈表結(jié)構(gòu)，其成員變量包括當(dāng)前AD通道采集次數(shù)、上一時(shí)刻給定值與采集值的差值、當(dāng)前給定值、當(dāng)前AD采集值、比例系數(shù)和采集系數(shù)。各板卡中的固件，按照其用途或輸入物理量的種類，通過預(yù)編譯的方法建立此鏈表結(jié)構(gòu)，并初始化，鏈表順序如圖7(a)、圖7(b)所示。圖9中“now”為當(dāng)前鏈表節(jié)點(diǎn)，“head”為鏈表頭，“tail”為鏈表尾。在保證當(dāng)前PID計(jì)算完整的前提下，主流程可被各種中斷源中斷。按照功能模塊劃分，包括串口命令處理、PCM控制脈沖處理、ADC采集結(jié)束、復(fù)位檢測(cè)、CPU工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)、FLASH讀寫等。在所有中斷源中，串口中斷和INTl享有高優(yōu)先級(jí)，滿足系統(tǒng)對(duì)控制命令的及時(shí)響應(yīng)。按照鏈表結(jié)構(gòu)定義，每次AD采集和PID計(jì)算流程可分為兩種情況當(dāng)接收到有效的PCM控制脈沖或串口命令后，獲得給定值初值，根據(jù)中立位置和與AD采集值之間的比例關(guān)系量化獲得給定值，改變當(dāng)前使能節(jié)點(diǎn)指針至鏈表頭，按照鏈表的順序依次進(jìn)行AD采樣和PID計(jì)算，及時(shí)響應(yīng)外界控制；在完成上述響應(yīng)后，PID流程進(jìn)入微調(diào)狀態(tài)，即由底層PID開始，按照如下規(guī)則進(jìn)行計(jì)算對(duì)每層PID控制進(jìn)行計(jì)數(shù)，滿足4次后，計(jì)數(shù)清零，并按照逆序改變當(dāng)前使能節(jié)點(diǎn)指針，進(jìn)行一次AD采集和PID計(jì)算；如計(jì)數(shù)次數(shù)小于4，且當(dāng)前使能節(jié)點(diǎn)指針不指向鏈表尾，則按照順序依次進(jìn)行一次AD采集和PID計(jì)算，且此次PID控制不被計(jì)數(shù)。通過試驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明所采取的PID計(jì)算策略具有響應(yīng)速度快，控制穩(wěn)定性強(qiáng)、精度高等優(yōu)點(diǎn)。此外，在沒有接收到控制命令之前，以各通道的AD采集值作為對(duì)應(yīng)PID計(jì)算的給定值，維護(hù)飛機(jī)姿態(tài)的穩(wěn)定。圖9中“now->next”為“now”的順序下一節(jié)點(diǎn)，“now->pre"為“noW”的逆序上一節(jié)點(diǎn)，“count”為本層PID計(jì)算的次數(shù)，"count_max"為本層PID計(jì)算的最大次數(shù)。改進(jìn)的數(shù)字PID計(jì)算模塊的處理流程見圖10。本發(fā)明采用改進(jìn)的數(shù)字PID控制理論實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)姿態(tài)的控制，以及自動(dòng)調(diào)整，所采用的數(shù)字PID核心算法是y(k)=KpX{e(k)-KdX[e(k)_e(k_l)]}其中y(k)為時(shí)刻k的輸出量，e(k)為給定值與采集值在k時(shí)刻的差，Kp為比例系數(shù)，Kd為微分系數(shù)。根據(jù)直升機(jī)飛行過程中的運(yùn)動(dòng)特性的實(shí)際測(cè)試結(jié)果，提高控制系統(tǒng)的反應(yīng)速度，本發(fā)明只進(jìn)行比例運(yùn)算和微分運(yùn)算，省略積分運(yùn)算。如表2中的分類所示，根據(jù)共軸式無人直升機(jī)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的PID計(jì)算分為四層和兩層兩種情況控制系統(tǒng)中有關(guān)陀螺位置的PID計(jì)算分為四層進(jìn)行，邏輯關(guān)系如圖7(a)所示；而有關(guān)舵機(jī)位置的PID計(jì)算分為兩層，邏輯關(guān)系如圖7(b)所示。為了進(jìn)一步提高PID控制的靈活性，且保證與脈沖控制序列的接收頻率和串口命令的速率相匹配，本發(fā)明針對(duì)不同層次PID計(jì)算的物理需求進(jìn)行兩個(gè)方面的改進(jìn)對(duì)陀螺和舵機(jī)位置的PID計(jì)算中的e(k)設(shè)定“死區(qū)”的概念，當(dāng)e(k)落入死區(qū)后，下一層的PID計(jì)算給定值以“0”計(jì)算；同時(shí)，根據(jù)各層e(k)值的范圍進(jìn)行分級(jí)，針對(duì)不同的分級(jí)，協(xié)調(diào)Kp與Kd。圖10中Mp和Md分別為Kp與Kd的比例系數(shù)。為了保證在新的PCM控制脈沖或串口命令到來之前，系統(tǒng)能夠最優(yōu)地執(zhí)行本次控制命令，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)姿態(tài)的準(zhǔn)確調(diào)整，需要將一次完整的PID控制流程限制在合理的時(shí)間范圍內(nèi)。本發(fā)明對(duì)PID控制的要求為在系統(tǒng)時(shí)鐘為73.5MHZ的前提下，按照之前的PID流程設(shè)計(jì)，耗時(shí)最長(zhǎng)的一次PID控制(陀螺位置PID控制)在控制信息間隔時(shí)長(zhǎng)內(nèi)必須被等間隔的執(zhí)行三次以上。通過對(duì)軟件各模塊進(jìn)行耗時(shí)統(tǒng)計(jì)與剖析，最為耗時(shí)的部分為PID計(jì)算。鑒于無人直升機(jī)在飛行中所處的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，可減小PID計(jì)算的精度以提高速率。本發(fā)明采用的方法為通過原始數(shù)據(jù)的量化和匹配，將浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算全部改變?yōu)檎芜\(yùn)算，并利用C8051F121提供的硬件乘法累加器進(jìn)行長(zhǎng)整形的運(yùn)算。通過以上優(yōu)化，本發(fā)明中一次PID計(jì)算約62us，則一次最長(zhǎng)PID控制過程約4.7ms，可以滿足需求。雙余度控制模塊的CPU身份切換轉(zhuǎn)移圖見圖11。本發(fā)明中的兩片CPU，在明確自身初始工作狀態(tài)后，通過實(shí)時(shí)的、周期的檢測(cè)自身或彼此之間用于工作狀態(tài)指示的信號(hào)來判別當(dāng)前CPU的工作狀態(tài)。在異常情況下進(jìn)行切換，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的平穩(wěn)過渡。具體流程如下所述主CPU的檢測(cè)包括控制命令檢測(cè)和從CPU工作狀態(tài)檢測(cè)兩個(gè)部分a)對(duì)有效控制信號(hào)進(jìn)行周期檢測(cè)。在外部中斷服務(wù)程序和串口中斷服務(wù)程序中復(fù)位、重置Timer4進(jìn)行計(jì)時(shí)；一旦Timer4溢出，則說明接收到的信號(hào)間隔時(shí)長(zhǎng)大于PCM控制脈沖或串口信息的速率規(guī)定，或者檢測(cè)到串口信息誤碼率連續(xù)偏高，則啟動(dòng)軟件復(fù)位功能，改變自身當(dāng)前的身份為從CPU，并進(jìn)行重初始化，執(zhí)行從CPU對(duì)主機(jī)信號(hào)的檢測(cè)；在Timer4的溢出中斷服務(wù)程序中還需結(jié)合控制輸入優(yōu)先級(jí)的設(shè)置和當(dāng)前CPU的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷，以避免由于沖突產(chǎn)生的虛假錯(cuò)誤。b)對(duì)從CPU的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。把從CPU的用于檢測(cè)工作狀態(tài)的一路PWM信號(hào)線與主CPU的比較器CPl鏈接，由于從CPU不應(yīng)有PWM脈沖輸出，所以一旦CPl檢測(cè)到PWM脈沖出現(xiàn)，說明從CPU出現(xiàn)故障，或說明出現(xiàn)了兩片CPU同時(shí)為主的狀態(tài)。此時(shí)的CPU身份需改變?yōu)閺腃PU身份。從CPU的檢測(cè)只包含對(duì)主CPU工作狀態(tài)的檢測(cè)。把主CPU的用于檢測(cè)工作狀態(tài)的一路PWM信號(hào)線與從CPU的比較器CPl鏈接，同時(shí)在CPl中斷中復(fù)位、重啟Timer4，通過檢測(cè)Timer4來判斷主CPU是否有連續(xù)的、有效的PWM脈沖輸出，一旦超時(shí)則將當(dāng)前CPU身份設(shè)置為主，并進(jìn)行重初始化。為了避免由于串口數(shù)據(jù)源或PCM控制脈沖信號(hào)自身異常所導(dǎo)致的CPU身份頻繁切換的狀態(tài)，若此CPU原始身份為主，需在此時(shí)判斷上一次CPU復(fù)位的歷史記錄，若為軟件復(fù)則放棄對(duì)控制命令的檢測(cè)。通過以上流程可以實(shí)現(xiàn)兩CPU之間的切換和相互配合，并能夠自動(dòng)解除由于時(shí)鐘失拍或切換延時(shí)等原因造成的“同主”或“同從”狀態(tài)，避免狀態(tài)機(jī)中的死鎖和死環(huán)情況的發(fā)生。同時(shí)，CPU每次切換為主的情況下，需要保證切換后飛機(jī)姿態(tài)的穩(wěn)定性。本發(fā)明采用兩種方法參照初始狀態(tài)時(shí)，以各通道的AD采集值作為對(duì)應(yīng)PID計(jì)算的給定值，等待控制命令的到來；利用單片機(jī)外存擴(kuò)展技術(shù)將兩者聯(lián)系起來，在正常的PID控制流程中實(shí)時(shí)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，在CPU發(fā)生切換時(shí)，當(dāng)前主CPU可通過I/O總線獲得原主CPU的控制信息，從而保證飛機(jī)姿態(tài)的平穩(wěn)過渡。(2)根據(jù)之前參數(shù)調(diào)試方案中的設(shè)計(jì)，連接外圍設(shè)備，設(shè)置所需的中立位置。本發(fā)明一種共軸式無人直升機(jī)的雙余度姿態(tài)控制系統(tǒng)的調(diào)試方法，如圖5所示，具體的實(shí)現(xiàn)步驟如下步驟一根據(jù)參數(shù)調(diào)試對(duì)象即“位置”或“速度”的K1^PKd,連接已定義的I/O端口至高或低電平端，用以系統(tǒng)上電后對(duì)實(shí)現(xiàn)環(huán)境的檢測(cè)；步驟二調(diào)節(jié)電位器為K1^PKd提供初始參數(shù)，通過Futaba以PCM脈沖的形式發(fā)送陀螺或舵機(jī)位置給定值，系統(tǒng)按照試驗(yàn)環(huán)境下的PID控制流程對(duì)后級(jí)大功率管進(jìn)行控制；步驟三保持Futaba的中立位置不變，按照每次試驗(yàn)只調(diào)節(jié)一個(gè)電位器的原則，即固定其中一個(gè)，只調(diào)整另一個(gè)，使舵機(jī)達(dá)到自激抖動(dòng)的臨界狀態(tài)；在當(dāng)前參數(shù)的作用下PID控制的靈敏度和穩(wěn)定度最佳，Kp和Kd為最優(yōu)化參數(shù)；步驟四操作Futaba輸出超過脈沖門限的信號(hào)，CPU在解析出第一個(gè)“寫FLASH使能”信號(hào)后將當(dāng)前Kp或Kd的采集值量化并寫入FLASH，并忽略之后連續(xù)到達(dá)的寫使能信號(hào)；步驟五操作Futaba返回中心位置，CPU復(fù)位當(dāng)前狀態(tài)，繼續(xù)等待下一次有效的寫使能信號(hào)的到來，結(jié)束一次調(diào)試。權(quán)利要求一種共軸式無人直升機(jī)雙余度姿態(tài)控制系統(tǒng)，其特征在于它是由串口通信模塊、PCM解碼模塊、AD采集模塊、PWM輸出模塊和CPU控制模塊等部分組成的；它們之間的邏輯關(guān)系是串口通信模塊、PCM解碼模塊、AD采集模塊作為系統(tǒng)輸入，由CPU控制模塊進(jìn)行改進(jìn)的數(shù)字PID控制，以PWM脈沖的形式由PWM輸出模塊輸出，在簡(jiǎn)單的外圍邏輯電路配合下，實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)大功率管的控制；同時(shí)，CPU控制模塊的主要功能還包括雙CPU的相互監(jiān)測(cè)、備份和切換，從而實(shí)現(xiàn)“雙余度”控制；所述串口通信模塊是由軟件初始化并控制CPU的串口控制器即UART單元實(shí)現(xiàn)，該UART單元繼承了傳統(tǒng)51單片機(jī)的串口發(fā)送和接收結(jié)構(gòu)；本系統(tǒng)利用RS422電平標(biāo)準(zhǔn)的外圍串口轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)CPU串口電平標(biāo)準(zhǔn)和外部傳輸電平標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換；并利用其中斷服務(wù)程序?qū)C(jī)載主控制計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；為了達(dá)到機(jī)載主控制計(jì)算機(jī)同時(shí)控制本系統(tǒng)的多個(gè)實(shí)體的目的，并且減小誤碼率的產(chǎn)生，設(shè)計(jì)了一種如下表所示的適用于多機(jī)通信的串口通信協(xié)議名稱幀頭地址長(zhǎng)度數(shù)據(jù)校驗(yàn)和幀尾字節(jié)(byte)211N11其中，“幀頭”用于機(jī)載主控制計(jì)算機(jī)與本系統(tǒng)之間串口通信的同步；“地址”是為本系統(tǒng)的多個(gè)實(shí)體預(yù)先分配的地址，實(shí)體可根據(jù)地址確認(rèn)執(zhí)行自身的控制信息，而機(jī)載主控制計(jì)算機(jī)可根據(jù)地址確認(rèn)各實(shí)體當(dāng)前的工作狀態(tài)；“長(zhǎng)度”是由幀頭到校驗(yàn)和的字節(jié)數(shù)，發(fā)送端可根據(jù)此信息實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)量不定的串口通信，接收端可通過長(zhǎng)度信息和幀尾信息驗(yàn)證接收數(shù)據(jù)是否正確；“校驗(yàn)和”用來判斷此次通信是否出現(xiàn)無碼情況，其校驗(yàn)方法是將幀頭至幀尾的全部字節(jié)依次進(jìn)行位異或操作；“幀尾”是一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志；當(dāng)串口接收中斷標(biāo)志被置位時(shí)，串口中斷服務(wù)程序根據(jù)“幀頭”、“地址”分別進(jìn)行幀同步和信息過濾，在接收到本機(jī)所需的控制信息后根據(jù)數(shù)據(jù)幀“長(zhǎng)度”預(yù)測(cè)“幀尾”位置，并根據(jù)“校驗(yàn)和”信息進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證，確定無誤后進(jìn)行有效數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理；所述PCM解碼模塊是由CPU的外部中斷和定時(shí)器配合實(shí)現(xiàn)，用于對(duì)手持無線電遙控器即Futaba發(fā)送的PCM脈沖的接收與解碼量化；本系統(tǒng)通過將定時(shí)器配置為外部中斷觸發(fā)計(jì)數(shù)的模式，在外部中斷的下降沿中斷服務(wù)程序中獲得PCM脈沖測(cè)量值，并設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單易行的PCM解碼量化方法a)計(jì)算定時(shí)器對(duì)PCM脈沖計(jì)數(shù)值最值Vm與中心位置計(jì)數(shù)值V0之間的差值；b)計(jì)算AD采集值的最值A(chǔ)m與陀螺或舵機(jī)中立位置的AD采集值A(chǔ)0之間的差值；c)根據(jù)兩差值的比例關(guān)系設(shè)計(jì)比例系數(shù)K；d)計(jì)算定時(shí)器對(duì)PCM脈沖計(jì)數(shù)值Vi與中心位置計(jì)數(shù)值V0之間的差值，可將此差值直接量化為后續(xù)PID計(jì)算所需的整型數(shù)據(jù)Pi，其量化公式為Pi＝(Vi-V0)×K其中該P(yáng)CM解碼模塊與串口通信模塊組成了本系統(tǒng)的給定值輸入模塊，為了提高控制靈活性，本系統(tǒng)為兩路輸入設(shè)置了優(yōu)先級(jí)，且后者優(yōu)先級(jí)高于前者后者在有效狀態(tài)下可以被前者搶占，且系統(tǒng)切換至PCM脈沖控制模式；而前者在有效狀態(tài)下系統(tǒng)忽略串口接收的有關(guān)定值部分的命令，系統(tǒng)工作在PCM脈沖控制模式；當(dāng)且僅當(dāng)系統(tǒng)判定PCM脈沖控制失效時(shí)，退出當(dāng)前控制狀態(tài)，使能串口命令控制，系統(tǒng)進(jìn)入串口命令控制模式；所述AD采集模塊是由CPU的集成模數(shù)轉(zhuǎn)化即ADC單元配合外圍差分電路實(shí)現(xiàn)；該ADC單元的采集功能完全在CPU內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，量化數(shù)據(jù)直接被CPU的控制模塊使用；該AD采集模塊輸入方式具有四通道和兩通道兩種模式，為了減小直流分量的干擾對(duì)采集值精度的影響，各通道均采用差分輸入的方式；所述PWM輸出模塊是由CPU的集成可編程的計(jì)數(shù)器陣列即PCA單元組成，配合外圍協(xié)調(diào)電路，以電流驅(qū)動(dòng)的形式控制后級(jí)大功率管系統(tǒng)；該P(yáng)CA單元具有六路獨(dú)立的捕捉/比較模塊和輸出，并共用一個(gè)計(jì)數(shù)/定時(shí)器；本系統(tǒng)使用其中三路，并配置其工作在8位PWM輸出狀態(tài)下，輸出地PWM脈沖具有255位量化精度，最小分辨率由系統(tǒng)時(shí)鐘與量化精度共同決定；為了保護(hù)后級(jí)大功率管，本系統(tǒng)提供兩路控制電平與兩路PWM脈沖同步輸出，由外圍匹配電路將兩者耦合，用于控制后級(jí)大功率管的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和截止?fàn)顟B(tài)，判斷當(dāng)前PID計(jì)算結(jié)果與前一次PID計(jì)算結(jié)果是否為異號(hào)，若為異號(hào)則需改變后級(jí)大功率管的轉(zhuǎn)向，此時(shí)需要400us延時(shí)輸出，兩路電平為高，控制其工作在截止?fàn)顟B(tài)；在截止時(shí)期內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行PID計(jì)算和判斷過程，如再異號(hào)則清零計(jì)數(shù)，繼續(xù)400us延時(shí)，以此反復(fù)直至延時(shí)結(jié)束，輸出PWM脈沖并改變電平狀態(tài)；所述CPU控制模塊其功能包括協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作狀態(tài)和PID控制流程，進(jìn)行改進(jìn)的數(shù)字PID計(jì)算以及雙余度控制的實(shí)現(xiàn)；為了實(shí)現(xiàn)上述功能并且提高系統(tǒng)軟件的邏輯性、可讀性和可移植性，該CPU控制模塊是通過模塊化的方式加以區(qū)分與設(shè)計(jì)，它包括系統(tǒng)工作狀態(tài)協(xié)調(diào)模塊、PID控制模塊、改進(jìn)的數(shù)字PID計(jì)算模塊和雙余度控制模塊；其間的相互關(guān)系為系統(tǒng)工作狀態(tài)協(xié)調(diào)模塊通過改變系統(tǒng)在飛行環(huán)境下的工作狀態(tài)，調(diào)整系統(tǒng)其他模塊的具體實(shí)施流程；在確定工作狀態(tài)的前提下，雙余度控制模塊根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息改變CPU當(dāng)前身份，從而重置PID控制流程；PID控制模塊受制于前面兩個(gè)模塊的輸出，用于在不同工作狀態(tài)下對(duì)當(dāng)前PID計(jì)算的流程進(jìn)行控制；改進(jìn)的數(shù)字PID計(jì)算模塊被PID控制模塊調(diào)用，即PID算法的具體實(shí)現(xiàn)；該系統(tǒng)工作狀態(tài)協(xié)調(diào)模塊是本系統(tǒng)在飛行環(huán)境下確定和更改當(dāng)前控制模式標(biāo)識(shí)的唯一途徑；它根據(jù)當(dāng)前給定值的獲得渠道確定當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀態(tài)，即等待PCM脈沖或串口控制命令狀態(tài)，PCM脈沖使能狀態(tài)和串口控制命令使能狀態(tài)；系統(tǒng)工作狀態(tài)還可由雙余度控制模塊進(jìn)行自主切換，即當(dāng)CPU檢測(cè)自身或備份CPU出現(xiàn)故障時(shí)，可改變自身的工作狀態(tài)；該P(yáng)ID控制模塊是通過改變一個(gè)雙向鏈表的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)，此雙向鏈表中的節(jié)點(diǎn)是由PID計(jì)算中涉及到的變量和參數(shù)組成的結(jié)構(gòu)體；它主要用于協(xié)調(diào)PID控制流程；設(shè)計(jì)一套PID控制流程，并對(duì)PID計(jì)算進(jìn)行C語言的代碼優(yōu)化；該P(yáng)ID控制流程分為兩種情況，即接收到有效的PCM控制脈沖或串口命令獲得給定值初值時(shí)的及時(shí)響應(yīng)過程；以及在完成上述過程后，PID流程進(jìn)入的微調(diào)狀態(tài)；該改進(jìn)的數(shù)字PID計(jì)算模塊是由當(dāng)前給定值、采集值、比例系數(shù)和微分系數(shù)變量，按照數(shù)字PID算法進(jìn)行的運(yùn)算，此模塊的輸入與輸出均被量化為整數(shù)行變量；它采取了下列措施提高PID計(jì)算的靈活性對(duì)當(dāng)前給定值與采集值的差值進(jìn)行分區(qū)，并據(jù)此采取協(xié)調(diào)P、D參數(shù)、設(shè)立“死區(qū)”進(jìn)行分段式的PID計(jì)算；該雙余度控制模塊是由“檢測(cè)”、“判決”和“切換”三個(gè)階段組成；本系統(tǒng)的硬件板卡中包括兩片CPU，被初始化為主、從兩種身份；“檢測(cè)”是由主CPU的信號(hào)源檢測(cè)和CPU的實(shí)時(shí)互監(jiān)測(cè)兩部分組成，其中主CPU通過對(duì)PCM脈沖和串口命令狀態(tài)進(jìn)行具有優(yōu)先級(jí)的信號(hào)源檢測(cè)，而CPU之間通過輸出信號(hào)進(jìn)行互相監(jiān)視，即實(shí)時(shí)互監(jiān)測(cè)；“判決”根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合CPU身份實(shí)時(shí)判別系統(tǒng)工作狀態(tài)；“切換”根據(jù)當(dāng)前判決結(jié)果異常，以及雙CPU的當(dāng)前身份進(jìn)行自主切換，同時(shí)為避免兩者同主或同從的情況特別設(shè)計(jì)了切換方案；它用于CPU工作狀態(tài)備份和切換；兩者同步完成自身的輸入處理、流程協(xié)調(diào)和PID計(jì)算，為相互備份和切換時(shí)飛機(jī)姿態(tài)控制的平穩(wěn)過渡做好準(zhǔn)備。FSA00000111179900021.tif2.一種共軸式無人直升機(jī)的雙余度姿態(tài)控制系統(tǒng)的調(diào)試方法，它所涉及的參數(shù)為各層PID計(jì)算的比例參數(shù)Kp和微分參數(shù)Kd，控制源為Futaba，需為四路AD采集通道提供外接設(shè)備，其中兩路外接可調(diào)電位器模擬！^和&；另外兩路與飛行環(huán)境相同，分別與舵機(jī)的位置傳感器和速度傳感器相接；輸出端接舵機(jī)的大功率管控制器，通過PWM脈沖控制舵機(jī)位置；所采用的數(shù)字PID核心算法是y(k)=KpX{e(k)-KdX[e(k)_e(k_l)]}其中y(k)為時(shí)刻k的輸出量，e(k)為給定值與采集值在k時(shí)刻的差，Kp為比例系數(shù)，Kd為微分系數(shù)CPU上電后通過對(duì)特定I/O端口的檢測(cè)區(qū)分當(dāng)前工作環(huán)境，即飛行環(huán)境和試驗(yàn)環(huán)境；飛行環(huán)境是指各層PID參數(shù)均已確定的情況下，姿態(tài)控制器真正工作的環(huán)境，此時(shí)各層PID參數(shù)由閃存的“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)”讀取并在外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中賦值；試驗(yàn)環(huán)境是指PID參數(shù)調(diào)試環(huán)境，可分為“位置PID相關(guān)參數(shù)調(diào)試”和“轉(zhuǎn)速PID相關(guān)參數(shù)調(diào)試”兩個(gè)狀態(tài)；其特征在于該調(diào)試方法的具體步驟如下步驟一根據(jù)參數(shù)調(diào)試對(duì)象即“位置”或“速度”的~和Kd，連接已定義的I/O端口至高或低電平端，用以系統(tǒng)上電后對(duì)實(shí)現(xiàn)環(huán)境的檢測(cè)；步驟二調(diào)節(jié)電位器為~和Kd提供初始參數(shù)，通過Futaba以PCM脈沖的形式發(fā)送陀螺或舵機(jī)位置給定值，系統(tǒng)按照試驗(yàn)環(huán)境下的PID控制流程對(duì)后級(jí)大功率管進(jìn)行控制；步驟三保持Futaba的中立位置不變，按照每次試驗(yàn)只調(diào)節(jié)一個(gè)電位器的原則，即固定其中一個(gè)，只調(diào)整另一個(gè)，使舵機(jī)達(dá)到自激抖動(dòng)的臨界狀態(tài)；在當(dāng)前參數(shù)的作用下PID控制的靈敏度和穩(wěn)定度最佳，Kp和Kd為最優(yōu)化參數(shù)；步驟四操作Futaba輸出超過脈沖門限的信號(hào)，CPU在解析出第一個(gè)“寫FLASH使能”信號(hào)后將當(dāng)前Kp或Kd的采集值量化并寫入FLASH，并忽略之后連續(xù)到達(dá)的寫使能信號(hào)；步驟五操作Futaba返回中心位置，CPU復(fù)位當(dāng)前狀態(tài)，繼續(xù)等待下一次有效的寫使能信號(hào)的到來，結(jié)束一次調(diào)試。全文摘要一種共軸式無人直升機(jī)雙余度姿態(tài)控制系統(tǒng)，它由串口通信模塊、PCM解碼模塊、AD采集模塊、PWM輸出模塊和CPU控制模塊組成，串口通信模塊、PCM解碼模塊、AD采集模塊作為系統(tǒng)輸入，由CPU控制模塊進(jìn)行改進(jìn)的數(shù)字PID控制，以PWM脈沖的形式由PWM輸出模塊輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)大功率管的控制；其調(diào)試方法有五個(gè)步驟，即(一)根據(jù)參數(shù)調(diào)試對(duì)象連接已定義的I/O端口至高或低電平端；(二)調(diào)節(jié)電位器為Kp和Kd提供初始參數(shù)，對(duì)后級(jí)大功率管進(jìn)行控制；(三)保持Futaba的中立位置不變，調(diào)節(jié)電位器，使舵機(jī)達(dá)到自激抖動(dòng)的臨界狀態(tài)；(四)操作Futaba輸出超過脈沖門限的信號(hào)；(五)操作Futaba返回中心位置。該方法實(shí)現(xiàn)了相關(guān)參數(shù)的調(diào)試和存儲(chǔ)，降低了干擾，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。文檔編號(hào)G05D1/08GK101833336SQ201010162559公開日2010年9月15日申請(qǐng)日期2010年4月28日優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日發(fā)明者吳智杰,王修桐,胡繼忠,趙琦申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)