Négy rotoros helikopter (quadrocopter) tervezése követő szabályozással

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Stumpf Péter Pál
Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék

Az elmúlt néhány évtizedben jelentősen megnövekedett a pilóta nélküli légi járművek (UAV) jelentősége, mind katonai, mind civil felhasználási körökben. A légi járművekben alkalmazott egyre bonyolultabb vezérlő rendszerek, valamint az elektronika, az érzékelők és a repülésirányító algoritmusok fejlettsége megnyitják az utat a teljesen automatizált UAV-k felé. A diplomamunkámban egy olyan négy rotoros UAV tervezését és kivitelezését matatom be, amely képes önállóan követni egy tárgy jeleit, jelen esetben egy, a szükséges érzékelőkkel felszerelt okos telefonét.

A diplomamunkám írása során törekedtem arra, hogy a fejlesztés folyamata oly módon kerüljön bemutatásra, hogy az bárki számára érthető és reprodukálható legyen. Következésképpen, egy rövid történelmi áttekintő és bevezető után egy átfogó magyarázatot nyújtok a négy rotoros UAV felépítéséről. Ebben a fejezetben található az összes szükséges információ a hardverről, beleértve a mechanikus alkatrészeket, az erősáramú elektronikát és az alkalmazott érzékelőket. Annak érdekében, hogy megismertessem az olvasóval a kvadrokopter dinamikáját, a következő fejezetben a légi jármű manőverezésének és geometriai tulajdonságainak alapjait mutatom be. Ezt követően két matematikai modell, az Euler-Newton és az Euler-Lagrange modellek tanulmányozása után a rendszer mozgásegyenleteit vezetem le a Lagrange egyenletből, Euler szögeket alkalmazva. Ezeket a szögeket az inercia mérő szenzor (IMU) jeleiből származtathatjuk, ezért két, a jelfeldolgozásra alkalmas, szenzor fúziós algoritmust is ismertetek, az irány koszinusz mátrixot és a Kálmán szűrőt. Az elméleti háttérrel foglalkozó utolsó fejezetben az UAV irányításának, illetve szabályozásának az elméletét foglalom össze, jelen esetben a motor vezérlő algoritmusét, valamint a PID szabályzóét. A fejezet a végén a PID szabályozó tagjainak erősítéséire számítok egy becsült értéket a mozgásegyenletek alapján. Ezt követően összefoglalom a szoftverfejlesztés folyamatát, és bemutatom, hogyan implementáltam a szabályozó algoritmusokat, a jelfeldolgozást és a rendszer egyéb funkcióit a mikro vezérlőben. Ebben a fejezetben kitérek az orientáció, a magasság és az egyéb szükséges információ számítására, valamint a motorok vezérlésére írt alkalmazás program interfészek (API) leírására. Végül összefoglalom a megvalósítás folyamatát, ahol a 3D nyomtatott alkatrészek és a teszt eredmények kerülnek elemzésre.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.