Tesztpad tervezése és építése egytengelyű quadrocopterhez

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

A quadrotoros pilóta nélküli járművek (QUAV) olyan, elsősorban katonai vagy hétköznapi felhasználású légi járművek, melyek stabil, függőleges felszállás illetve lebegés végrehajtására képesek négy rotor segítségével. Az elmúlt évek technikai fejlődésének és az alacsony költségű mikrokontrollerek megjelenésének köszönhetően a quadrocopterek széles körben elérhetővé váltak olyan feladatok megvalósítására, mint a különböző csomagküldő szolgáltatások, katonai kereső expedíciók avagy légi felvételek készítése. Az elérhető ár illetve az egyre magasabb teljesítmény utat nyitott az irányítástechnikával foglalkozó közösség számára a quadrotorok szabályozási technikájának széleskörű vizsgálatára és fejlesztésére is.

A jelen dolgozat célkitűzése, hogy bemutassa egy olyan teljeskörűen működő tesztpad tervezési folyamatát, mely egy egytengelyű quadrocopternek az egyik alapvető mozgását, az úgynevezett "Roll" elfordulás stabilizációs problémáját képes megoldani. A szakdolgozatom keretein belül bemutatásra kerülnek a tervezés részletei, a szimulációk, az algoritmus implementálása, a különböző tesztek és mérések, illetve a szimulációs és mérési eredmények összehasonlítása.

A mérések és kalibrálások mellett a jelen szakdolgozat nagy hangsúlyt fektet a feladat mechanikai és elektronikai kivitelezésére is. A szabályozó algoritmus egy "Developer 16" típusú fejlesztő panel és az azon elhelyezkedő 16 bites PIC mikroprocesszor segítségével került implementálásra. A pozíciószabályozás alapját egy MM7150 típusú inerciális mérőegység(IMU) képezte, melynek zárt jellege és a szögpontosságát befolyásoló, előre programozott jelfeldolgozó perifériás áramkörei megnehezítették a kivitelezést. A szimulációs eredményeknek, illetve a különleges szabályozási algoritmusnak köszönhetően a feladat elvégzése így bonyulultabbnak ígérkezett, azonban megoldhatónak és még érdekesebbnek bizonyult.

Annak érdekében hogy a rendszer viselkedése szimulálható legyen, a leíró egyenletek egy teljes quadcopter dinamikai és matematikai törvényszerűségeiből lettek levezetve. A MATLAB szimulációs modul a rendszer stabilitási lehetőségeit és a PD algoritmus használhatósát hivatott elvégezni, illetve útmutatóként szolgált a valós rendszer szabályozásának behangolásához is. A mérések és a szimuláció között a rendszer fizikai paramétereinek köszönhetően eltérések adódtak, azonban ettől eltekintve meglehetősen hasonlóak lettek az eredmények. A dolgozat konklúziójaként a dinamika és a szabályozási metódus használhatósága a tesztpadon elvégzett számos mérés és teszt segítségével lett alátámasztva.

A tervezett tesztpad jelen formájában alkalmas további szabályozási technikák tesztelésére és kivitelezésére, ezenfelül tökéletesen alkalmazható oktatási célokra is, úgymint különböző PID algoritmusok hatásainak bemutatására egy valós aerodinamikai rendszer segítségével.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.