Négyrotoros UAV szabályozása

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

A helikopterek szabályozására való igény már a második világháború idején felmerült, a cél elsősorban stabil és gyors légi járművek megalkotása volt. A korabeli pilóta-támogató, navigációs segítséget nyújtó eszközök utódai ma már komplett funkciókat látnak el, megkezdődhetett a pilóta nélküli repülőgépek korszaka (UAV). A szenzortechnika és a beágyazott rendszerek előrehaladásának köszönhetően az ezredforduló után a civil szektorban is észrevehetően megnőtt az érdeklődés a kisméretű UAV-k iránt, mind hobbisták, mind egyetemi kutatók körében. A publikációk jelentős része a négyrotoros helikopterek modelljét veszi alapul, elsősorban annak kedvező dinamikai tulajdonságai miatt.

A szakirodalom által gyakran QUAV (Quadrotor UAV) vagy kisebb méret esetén MAV (Micro Aerial Vehicle) –ként emlegetett mechatronikai rendszerek biztató jövőképet mutatnak. A lehetséges alkalmazási példák a hegyi mentéstől a kooperatív szállításon át, egészen a megfigyelő rendszerekig számtalan felhasználási területet lefednek.

A mikroprocesszoros rendszerek fejlődése ma már lehetővé teszi, hogy bonyolultabb, nagy számítási kapacitást igénylő szabályozókat implementálhassunk a célhardverre úgy, hogy megfelelő nemlineáris szabályozás esetén az komplex manőverekre is képes legyen.

A dolgozatom során felvázolom a QUAV dinamikai modelljét, ismertetek két lehetséges nemlineáris szabályozót, illetve részleteiben is elemzem az alkalmazáshoz megtervezett állapotbecslőt, amely esetünkben egy Kálmán-szűrő. A szerkezet természetéből adódó jelfeldolgozási nehézségek orvoslására az algoritmust egyedileg, a szabályozáshoz igazítva tervezem meg, kiemelve a konvencionális megközelítéstől eltérő, módosított algoritmus előnyeit.

Ezt követően az elméletet Matlab Simulink-ben készített szimulációs eredményekkel támasztom alá, a szabályozót pedig egy létező, open-source MAV termék, a Bitcraze Crazyflie Nano Quadcopter paramétereihez méretezve hangolom be, majd ezt követően implementálom a szabályozót és az állapotbecslőt a fent megnevezett gép beágyazott rendszerére, összehasonlítva a két módszerrel kapott eredményeket.

Fontos megjegyezni, hogy e dolgozat nem vállalkozik saját nemlineáris szabályozó algoritmus kifejlesztésére. A cél meglévő, modern, napjainkban kifejlesztett nemlineáris szabályozók implementálhatóságának vizsgálata, illetve a publikációk során elvégzett - azonban gyakran csak végeredményként közölt – kísérletek reprodukciója.

A kutatási téma fő kérdései közé tartozik többek között annak felderítése, hogy mennyire alkalmazhatók a kiválasztott state-of-the-art szabályozók „out-of-the-box” (~kivesszük a dobozból és már működik is) módon, olyan platformokra, mint például a fent említett open-source MAV termék.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.