基于SCADE的无人机飞行控制软件设计

论文摘要

传统的无人机飞行控制系统软件设计通常采用手工编程来实现,开发成本高、周期长。随着航空电子软件的迅速发展,对飞行控制软件的安全性及其开发效率的要求越来越高。为解决传统方法的不足,寻求一种更有效的控制软件设计方法,本文研究了基于高安全性应用开发环境(Safety Critical Application Development Environment,简称SCADE)进行无人机飞行控制系统软件的开发与实现。本文在论述SCADE开发环境与无人机飞行控制软件开发技术的基础上,详细介绍了利用SCADE开发无人机飞行控制软件的设计方案和实现方法。论文首先介绍SCADE开发环境,对基于SCADE飞行控制软件开发流程与传统飞行控制软件开发流程进行分析比较,确定了课题的总体设计方案。其次,依据飞行控制软件总体需求中各个功能模块和设计需求,完成了无人机控制律模块、自主导航模块、外围设备模块的实现工作,并针对控制律模块研究了Simulink与SCADE的桥接,针对自主导航模块分析比较Stateflow建模与SCADE建模的优缺点。再次,将SCADE自动生成的C代码与手写飞行控制计算机硬件驱动程序进行集成,得到飞行控制软件可执行文件;通过改进设计方法优化代码,并对代码进行测试分析。最后,通过半实物飞行仿真试验,验证了设计的正确性,表明SCADE在很大程度上能够实现软件开发的自动化,节约开发时间。本文实现的基于SCADE无人机飞行控制软件开发满足某型无人机飞行控制系统软件开发要求,证明本文所采用的技术路线和实现方案是可行且有效的。该方法具有通用性强、灵活性好等优点,在无人机飞行控制软件开发中有着较高的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的研究背景
• 1.2.1 传统软件开发方法与缺陷
• 1.2.2 基于SCADE 软件开发方法及特点
• 1.2.3 国内外研究现状
• 1.3 课题的研究意义
• 1.4 课题的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 无人机飞行控制软件总体框架设计
• 2.1 飞行控制系统总体需求分析
• 2.2 飞行控制软件总体结构说明
• 2.3 基于SCADE 飞行控制软件总体设计流程
• 2.4 本章小结
• 第三章 SCADE 软件介绍
• 3.1 SCADE 产生背景
• 3.2 SCADE 功能模块介绍
• 3.3 SCADE 与DO-178B 标准
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于SCADE 的无人机飞行控制软件开发
• 4.1 控制律模块设计及研究
• 4.1.1 控制律模块设计方案
• 4.1.2 控制律模块建模与实现
• 4.2 自主导航模块设计及研究
• 4.2.1 自主导航模块设计方案
• 4.2.2 自主导航控制过程
• 4.2.3 自主导航模块的实现
• 4.3 外围设备模块设计及研究
• 4.3.1 外围设备模块需求分析
• 4.3.2 外围设备模块实现
• 4.4 无人机飞行控制系统数字仿真验证
• 4.4.1 Matlab 环境数字仿真
• 4.4.2 SCADE 环境数字仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 代码自动生成与系统集成
• 5.1 代码生成机制
• 5.1.1 SCADE 代码生成器的特点
• 5.1.2 SCADE 代码生成机制
• 5.2 代码的集成
• 5.3 代码的优化
• 5.4 代码测试与分析
• 5.5 工程中应注意的问题
• 5.6 本章小结
• 第六章 半实物仿真验证
• 6.1 半实物仿真系统平台的构建
• 6.1.1 半实物仿真系统平台
• 6.2 仿真系统的运行与验证
• 6.2.1 仿真试验步骤
• 6.2.2 仿真试验运行结果
• 6.2.3 工程中遇到的问题及解决方法
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间论文发表情况
• 附录