本帖最后由 yuchengze 于 2016-12-27 13:25 编辑
0引 言
无人机是一种由动力驱动、机上无人驾驶、可重复使用的航空器的简称。在无人机系统中，采用PWM波信号控制的舵机是重要的执行机构，它是无人机控制动作的动力来源。为便于系统扩展和升级[1.2]，在飞控系统中往往采用分布式策略，将舵机的控制部分作为一个独立单元进行设计，称为舵机控制系统。
传统产生PWM波的方法是通过大量的分立原件来实现的．所产生的脉冲频率和宽度往往不是很准确，很难做到对舵机的精确控制。另外，利用CPLD或FPGA产生PWM波已在很多场合得到应用，依靠CPLD或FPGA特有的并行处理能力和大量的1/0接口，可以同时控制几十甚至上百个舵机同时工作，但CPLD或FPGA生成PWM波时，并不具备事务处理能力，实际应用中还需要MCU配合工作，加之成本高，开发设备昂贵，极大的限制了它的应用范围。
由于单片机具有性能稳定、编程灵活、精度高、价格低廉等特点，用它产生PWM波在实际中得到了广泛应用。本文给出了一种新颖的利MSP430单片机利用自带的定时器产生PWM1j~[3.4]的方法，成本低，性能稳定，并成功应用于实践。
1总体介绍
飞行控制系统总体框架如图1所示，整个飞控系统是由飞控计算机、舵机控制系统、传感器系统、GPS、机载电源及地面站系统组成。在飞行过程中，无人机一方面通过传感器系统和GPS获得飞行姿态和航向的实时参数，并通过无线电传回地面；另一方面随时按收地面上传的遥控指令。以这些信息为基础，经过主控计算机控制律解算，按照一定协议输出控制指令到舵机控制系统[5,6]，再经由舵机控制系统输出相应的信号控制舵机的偏转，从而实现对无人机飞行姿态的控制。
2 舵机控制系统硬件设计
2.1系统硬件结构
由于无人机采用燃料电池作为能源，所以要求机载设备尽可能功耗低、体积小、重量轻，这样既可以降低损耗又能提高系统稳定性和抗干扰能力。基于以上思想，设计了以田公司的MSP430F149单片机[7，9]为核心的舵机控制系统，该系统主要由CPU控制单元、串口通信单元、脉冲信号处理单元、电源等硬件电路组成。
2.2舵机简介
1)舵机的构造与工作原理
舵机主要是由外壳、小型直流电动机、减速齿轮、位置检测器和控制电路板所构成。其工作原理如图3所示，其中，直流电动机作为驱动器产生动力源[10]，运动由减速齿轮减速，传递给输出轴和舵盘，在输出轴后端连接有电位计，用以检测当前位置，并将此值与驱动信号端口发送来的位置信号进行比较，通过控制电路，将差值放大并由电机执行操作，实现位置伺服[11]。
2)舵机的控制
舵机是无人机飞行控制的执行机构，也是本系统的控制对象，无人机一般装备有5个舵机，分别用来控制油门、副翼、升降舵、螺距和尾舵[12]。标准的舵机由一个宽度可调昀周期性方波脉冲信号即PWM波控制，以本系统采用的日本Futaba公司生产的S3003舵机为例，其脉冲周期为20 ms，中心脉宽为l 5 ms，对应0度，调节范围为±1 ms。当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴角度相应发生- 90度到90度内的线性改变，并通过连杆拉动舵面运动，从而控制无人机的飞行姿态。 |
