[发明专利]可编程飞行器姿态控制IP核

说明书

技术领域

本发明涉及飞行器姿态控制领域，具体为一种可编程飞行器姿态控制IP核。

背景技术

航空器按照航迹飞行以及航天器在轨道运行时，为了完成所承担的任务，必须具有一定的姿态，如四旋翼悬停飞行时，需要与基准面保持姿态平行的状态。对于飞行器而言，当其处于飞行状态时，姿态控制系统需要获得飞行器的各个轴向的偏转角，而后通过滤波算法将各个传感器数据滤波处理，得到各个传感器的稳定数据，然后还要使用姿态融合算法对各个传感器进行零漂修正和融合，积分出飞行器的四元数和欧拉角，最后通过PID算法对飞行器推进系统加以修正；前述各传感器一般包括加速度传感器、角速度传感器和磁场传感器。

现有技术中的姿态控制系统，一般采用通用CPU+通用A/D采样+通用D/A输出的架构，这种架构设计简单，且通用CPU和现有编程模型相同。采用这种方式意味着通用CPU需要时刻进行A/D采样的获取、传感器数据的滤波、姿态的融合、PID控制参数的计算、以及D/A的输出，对于一般嵌入式处理器而言，这个运算量是十分庞大的，处理器往往无法再分配于其它应用之中，使得一些设计和架构不得不采用两个以上的通用CPU，其中一个用于姿态控制，另一个用于实现机载应用；同时，对于姿态控制过程，其传感数据具有明显的生产者-消费者的数据特性，现有的通用CPU针对控制密集型应用，无法做到并行处理这些数据流，因而整个系统的处理效率大大降低；现有技术中的姿态控制系统，还有一部分采用通用CPU+硬件PID的设计，这种设计仅能够缓解PID部分的运算压力，对于改善整个姿态控制系统的作用甚微。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种可编程飞行器姿态控制IP核。

本发明的技术手段如下：

一种可编程飞行器姿态控制IP核，所述IP核包括：

第一片上外设；所述第一片上外设用于接收飞行器的三轴加速度、三轴角速度和三轴磁场数据；

连接第一片上外设和滤波运算器，用于将三轴加速度、三轴角速度和三轴磁场数据传输至滤波运算器的第一DMA通道；

用于对三轴加速度、三轴角速度和三轴磁场数据分别进行滤波处理的滤波运算器；所述滤波运算器包括9个滤波运算单元；每一滤波运算单元分别对应三轴加速度、三轴角速度和三轴磁场数据中的一种数据；各滤波运算单元均包括FIR滤波器、IIR数字滤波器和滑动窗口滤波器中的至少一种；

连接滤波运算器，用于根据滤波后的三轴加速度、三轴角速度和三轴磁场数据进行姿态融合计算输出飞行器的欧拉角的姿态融合计算簇；

连接姿态融合计算簇，用于对姿态融合计算簇输出的欧拉角进行PID修正的PID运算簇；

连接PID运算簇，用于将PID修正后的欧拉角通过第二片上外设传输至飞行器的第二DMA通道；

第二片上外设；所述第二片上外设将第二DMA通道传输过来的欧拉角传输至飞行器；

所述姿态融合计算簇包括：

连接滤波运算器，用于输入滤波后的三轴加速度、三轴角速度和三轴磁场数据，并对其中的三轴加速度和三轴磁场数据进行单位化的输入数据处理簇；

连接四元数积分簇，用于针对四元数积分簇输出的四元数q0,q1,q2,q3，得到四元数中间流q0*q0、q0*q1、q0*q2、q0*q3、q1*q1、q1*q2、q1*q3、q2*q2、q2*q3和q3*q3的中间流计算簇；