基于ROS的无人机飞行控制系统

"基于ROS的无人机飞行控制系统" 本文介绍了一种基于ROS的无人机飞行控制系统的设计与实现。该系统基于C8051F120单片机和USOS II嵌入式实时操作系统，通过使用实际飞行获取的飞行参数，采用PID控制律实现了姿态控制；通过使用GPS提供的方位信息，实现了无人机的轨迹控制。同时，该控制系统还提供了飞行参数的存储。 飞行控制系统是无人机的关键技术部件，目前国内科研单位主要研制的是针对中、大型无人机的飞控系统，这类飞行控制系统的体积、重量、功耗都很大，而且成本高，不能满足微、小型无人机的需要。针对以上情况，本文研究设计了针对微、小型无人机的小体积、低功耗、低成本的小型无人机飞行控制系统。 系统总体设计中，硬件系统的总体框图由接收机信号采集通道、接口电路、传感器信号转换电路、PWM输出通道组成。GPS导航模块、GPRS无线通信模块均通过UART接口与系统相连。系统与PC、PDA的通信接口也采用UART口，由于只在地面时才使用PC、PDA进行参数设置、读出飞行记录信息等，故与GPRS模块复用同一路UART。 软件系统结构图中，整个程序分为纵向控制任务、横向控制任务、飞行轨迹控制任务、飞行参数记录任务。其中，纵向控制任务包含油门控制和升降舵控制两个相互交联的子任务；而横向控制任务包含方向舵控制、副翼控制两个相互交联的子任务，同时这两个子任务也与升降舵控制子任务有交联，以保证转弯过程中对高度的损失能够及时补偿。 飞行控制系统的软件设计中，采用了嵌入式操作系统USOS II，该系统支持按时间片轮转、按优先级抢占、二者结合共三种调度策略，具有完善的任务管理功能，提供定时、延时服务，支持消息、信号(signal)通信机制，支持临界代码段保护，提供二进制、计数型信号量(semaphore)同步对象等，支持Bottom-half中断管理机制。 在选择处理器时，需考虑可靠性、处理速度、系统集成度、开发成本方面的因素。C8051F120单片机是本系统的核心处理器，具有高性能、低功耗、低成本的特点，满足了小型无人机飞行控制系统的需求。