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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳德徽
研究生(外文):Der-Hui Chen
論文名稱:以DSP晶片實現飛彈導控整合電路
論文名稱(外文):DSP Implementation of Missile Integrated Navigation and Control Circuits
指導教授:楊憲東楊憲東引用關係
指導教授(外文):Ciann-Dong Yang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:航空太空工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:95
中文關鍵詞:飛彈MATLAB數位訊號處理器導航與控制Simulink
外文關鍵詞:missileMATLABGuidance and ControlSimulinkDSP
相關次數:
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  近年來,積體電路(IC)的發展一直是眾所矚目的焦點,其原因不外乎是因為它的微小、精密、運算快速,甚至價格便宜等優點,也因此越來越多在工業上、日常生活上、學術研究上的應用。吾人即因這些優點,將其運用在飛彈的控制上,以期達到飛彈自動駕駛微小化、晶片化的目的。飛彈的自動駕駛系統包含導航系統及控制系統,導航系統接收來自於感測器的資訊,即接收三個軸向的陀螺儀及三個軸向的加速儀訊號,經過DSP計算後輸出,可得到飛彈的 ;而控制邏輯則是根據這些飛彈的狀態變數,經過DSP運算後,輸出飛彈四片尾翼所要打的角度。
  本論文利用德州儀器公司生產的DSP來實現飛彈的導航及控制電路。吾人使用MATLAB及Simulink來執行複雜的導航迴路及控制迴路計算,再利用RTW將此迴路編譯成C code,下載到DSP內,達到控制飛彈系統的目的。所以在程式設計方面,利用MATLAB軟體從一開始模型的建立、DSP的設計到電路的模擬驗証,都可在同一個設計環境下完成(system design on a chip),使得設計與修改的工作更有效率。而設計出的晶片架構可以當作飛彈系統上一個獨立的模組,可以輕易維修及管理,亦是設計此晶片的另一個重要目的。
  Recently, the development of Integrated Circuit (IC) has accelerated the growth of every branch of industry, because of its smallness, preciseness, high speed, and cheapness. Due to these advantages, we think it comes the time to investigate the possibility of integrating the whole missile navigation and control system into a single chip. Based on this motivation, in this thesis we find it is very promising to employ the TI24xx DSP chip to implement the integrated circuit of missile navigation and control system. The designed DSP chip receives the information of translational and rotational motion from gyros and accelerators fixed on the body axes and then compute the state variables describing the motion of missile ; using these state variables as input, DSP controller determines the deflection angles of missile rear wings according to the implemented control law.
  The missile navigation and control loops are modeled and simulated by MATLAB & Simulink, translated to C code by real-time workshop (RTW), and finally downloaded to DSP to produce a chip design of missile autopilot. What we have proposed in this thesis is the concept of system design on a single chip : control law programming, missile modeling, DSP implementation, and circuit testing, can all be done in the same environment and accomplished in a single DSP chip. The hardware-in-the-loop simulation will be employed to validate feasibility of the designed DSP chip.
授權書
簽署人須知
中文摘要……………………………………………………I
英文摘要……………………………………………………II
誌謝…………………………………………………………III
目錄…………………………………………………………IV
表目錄………………………………………………………VI
圖目錄………………………………………………………VII
符號說明……………………………………………………XII

第一章 緒論………………………………………………1
1.1 前言…………………………………………………1
1.2 研究背景與文獻回顧………………………………2
1.3 各章概述……………………………………………4
第二章 飛彈系統架構……………………………………5
2.1 飛彈硬體架構………………………………………5
2.2 飛彈導航系統………………………………………7
2.3 固裝式導航系統與座標轉換及積分………………10
2.4 飛彈控制系統………………………………………15
第三章 以simulink建立導控迴路模組…………………16
3.1 飛彈動態模型………………………………………17
3.2 座標轉換與積分迴路………………………………19
3.3 穩定控制器迴路……………………………………27
3.4 導航控制器迴路……………………………………28
第四章 利用H設計狀態迴授穩定控制器………………34
4.1 響應分析……………………………………………34
4.2 穩定控制器規格需求………………………………37
4.3 狀態迴授控制器設計………………………………41
第五章 應用DSP實現飛彈之導控系統…………………49
5.1 TI TMS320C6701 DSP 簡介………………………51
5.2 TI 6701 DSP晶片程式設計………………………58
5.3 TI eZLF2407 DSP 簡介……………………………61
5.4 TI eZLF 2407 DSP晶片程式設計………………65
第六章 系統測試與實現…………………………………72
6.1 TI 6701 EVM DSP硬體迴路模擬之測試……………73
6.2 TI eZLF2407 DSP之測試……………………………83
6.3 飛彈導控系統的實現………………………………87
第七章 結論與未來展望……………………………………90
7.1 結論…………………………………………………90
7.2 未來展望……………………………………………91

參考文獻……………………………………………………93
附錄…………………………………………………………95
自述
[1] 李勁輪, “應用強健控制于大離軸角飛彈自動駕駛設計”, 國立成功大學航空太空工程研究所碩士論文,1998.
[2] 白鴻慶, “高攻角飛彈之強健性控制”, 國立成功大學航空太空工程研究所碩士論文,2000.
[3] 蘇宗志,“遙控直昇機飛行控制測試系統之建立”,國立成功大學航空太空工程研究所碩士論文,1996.
[4] 洪啟超,“遙控直昇機增穩系統設計與製作”,國立成功大學航空太空工程研究所碩士論文,1996.
[5] 于武強,“無人飛行載具導控迴路之硬體設計”,國立成功大學航空太空工程研究所碩士論文,1999.
[6] 郭承忠,“無人飛行載具導控系統之設計與測試”,國立成功大學航空太空工程研究所碩士論文,2000.
[7] 許東榮, “應用DSP、FPGA及GPS模組實現無人飛行載具之自動導航駕駛系統” 國立成功大學航空太空工程研究所碩士論文,2002.
[8] 楊憲東, “自動飛行控制原理與實務”,全華科技圖書股份有限公司,2002.
[9] Nesline, F.W. and Zarchan, P., “Robust Instrumentation Configurations for Homing Missile Flight Control”, Proc. of the AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference, Danvers, MA, Aug. 1980, pp. 209-219.
[10] 楊憲東, “ 控制理論與應用”.
[11] LMI Control Toolbox User’s Guide, The MathWorks, 1995.
[12] Developer’s Kit for Texas InstrumentsTM DSP User’s Guide, The MathWorks, 2001.
[13] 鈦思科技股份有限公司 “視覺化建模環境-Simulink 入門與進階” ,鈦思科技股份有限公司, 2001
[14] Texas Instruments, “Code Composer User’s Guide”, 1999.
[15] Texas Instruments, eZdspTM LF2407 Technical Reference”, 2001.
[16] Texas Instruments, “Stateflow and Stateflow Coder” , 2002
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