小型无人靶机掠海定高飞行控制系统设计与实现
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3 控制器软硬件设计与实现
高度控制器是靶机飞控系统的一部分，它以飞控计算机为核心，并与各路传感器及执行结构共同构成闭环控制系统。主要由飞控计算机、垂直陀螺、角速率陀螺、无线电高度表、加速度计、舵回路控制器、舵机等设备组成。
(1)飞控计算机
飞控计算机包括主机板、A／D转换板、串行数据通讯接口板、开关量接口板、D／A转换板、模拟输入前置处理板、离散输入／输出及光电隔离／驱动板、DC／DC电源变换板等。采用基于ARM的嵌入式系统设计，具有体积小，功耗低，硬件资源丰富，易于开发，实时性和可靠性好等优势。主机板处理器选用ARM7TDMS-S体系结构的32位LPC2124芯片，其16 KB的内部RAM以及128 KB的内部FLASH存储器，可很好地满足嵌入式实时操作系统RTOS(μC／OS-Ⅱ)的运行要求，保证系统每20 ms能进行一次高度控制律解算。
(2)垂直陀螺
选用TC-3E型垂直陀螺仪，在高度控制回路中主要用于测量飞机俯仰角姿态，工作范围俯仰角为±30°，输出模拟电压信号。
(3)角速率陀螺
选用2轴角速率陀螺，在高度控制回路中主要用于测量飞机俯仰姿态角速度，俯仰角速度输出范围为±60°／s，输出模拟电压信号。
(4)无线电高度表
采用调频／连续波(FM／CW)体制，工作频率为4 200～4 400 MHz，测高范围为0～300 m，高度输出形式为：RS 232串口输出，波特率为38 400 b／s，更新率为50 Hz。
(5)加速度计
加速度计安装在靶机的重心位置，用于测量拖靶的垂直方向加速度，选用ADXL105AQC加速度计芯片，精度为±1～±5 g，单通道模拟输出，分辨率2 mg。
(6)舵回路控制器
基于PWM直流电机驱动器专用集成电路L292设计。包括位置调节器、电流调节器、PWM功放、位置反馈和电流反馈传感器。位置反馈为主反馈回路，采用WDL－25直滑式精密导电塑料电位器；电流反馈采用标准电阻。
(7)升降舵机
采用齿轮减速永磁直流力矩电机，额定转矩15 Nm，额定转速(减速后)4±1 r／min。
(8)软件设计
基于嵌入式实时多任务操作系统μC／OS－Ⅱ下编写应用程序，具有可移植、裁剪、多任务和基于优先级的抢占式任务调度等特点，实时性好，可靠性高。使用实时操作系统(RTOS)是因为可将应用分解成多任务，简化了应用软件的设计，同时RTOS使控制系统的实时性得到保证；良好的多任务设计，又有助于提高系统的稳定性和可靠性。本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/163487.htm
4 半实物仿真实验与结果
在自行搭建的无人机半实物仿真平台上，对所开发的小型无人靶机高度控制系统进行了仿真验证。飞机模型采用六自由度非线性全量运动方程，基本仿真步长为5 ms，仿真计算精度为64 b(双精度浮点)。仿真系统包括在三轴转台上的垂直陀螺、角速率陀螺，与动静压模拟器连接的空速传感器，而无线电高度表信号、加速度计信号则通过计算机模拟，再接人高度控制计算机、舵机等构成仿真回路。仿真结果如图4和图5所示，本文给出了两种主要干扰条件下的结果。
仿真结果表明，在4级海情产生高度表噪声影响和加速度计测量误差影响的情况下，系统能够控制靶机平稳进入14 m定高飞行状态，并按精度要求保持在预定高度飞行。在5 m／s垂风干扰下，靶机能够很快回到预定的14 m基准高度。可见系统静动态响应指标能满足设计要求。
5 结 语
本文基于无线电高度表／加速度计组合控制模式，采用成熟的比例一微分(PD)控制原理，Kalman互补滤波的信号处理方法，以及基于ARM的硬件实现和μC／OS－Ⅱ嵌入式实时操作系统的软件开发，设计了小型靶机超低空掠海飞行高度控制器，其结构简单紧凑，原理可行。半实物仿真实验结果表明，系统具有良好的静、动态响应特性，完全能够实现对靶机超低空高精度掠海定高飞行的控制，系统设计和软硬件实现都是成功的。
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