Tài liệu Luận văn:Nghiên cứu ứng dụng mô hình Quadrotor trong giám sát và cứu hộ pptx

HUTECH BăGIÁOăDCăVĨăĨOăTO TRNGăIăHCăKăTHUTăCỌNGăNGHăTP.HCM PHMăQUCăPHNG NGHIểNăCUăNGăDNGăMỌăHỊNHă QUADROTORăTRONGăGIÁMăSÁTăVĨăCUăHă LUNăVNăTHCăS CHUYểNăNGĨNH:ăăTHITăB,ăMNGăVĨăNHĨăMÁYăIN MẩăSă:ăăă60.52.50 TP.ăHăCHệăMINH,ăthángă06ănmă2012 HUTECH BăGIÁOăDCăVĨăĨOăTO TRNGăIăHCăKăTHUTăCỌNGăNGHăTP.HCM PHMăQUCăPHNG NGHIểNăCUăNGăDNGăMỌăHỊNHă QUADROTORăTRONGăGIÁMăSÁTăVĨăCUăHă LUNăVNăTHCăS CHUYểNăNGĨNH:ăăTHITăB,ăMNGăVĨăNHĨăMÁYăIN MẩăSă:ăă 60.52.50 CÁNăBăHNGăDNăKHOAăHC: TS. VÕ HOÀNG DUY TP.ăHăCHệăMINH,ăthángă06ănmă2012 HUTECH CỌNGăTRỊNHăCăHOĨNăTHĨNHăTI TRNGăIăHCăKăTHUTăCỌNGăNGHăTP.ăHCM Cán b hng dn khoa hc : TS.VÕ HOÀNG DUY Cán b chm nhn xét 1: Cán b chm nhn xét 2: Lun vn thc s đc bo v ti Trng i hc K thut Công ngh TP. HCM ngƠy tháng nm 2012. ThƠnh phn Hi đng đánh giá lun vn thc s gm: 1. PGS.TS. Ch tch Hi đng 2. PGS.TS. Phn bin 1 3. TS. Phn bin 2 4. TS. y viên 5. TS. Th kỦ Xác nhn ca Ch tch Hi đng đánh giá lun vn vƠ Khoa qun lỦ chuyên ngƠnh sau khi lun vn đƣ đc sa cha (nu có). ChătchăHiăđngăđánhăgiáăLunăvn KhoaăqunălỦăchuyênăngƠnh HUTECH TRNG H K THUT CÔNG NGH TP.HCM PHÒNG QLKH ậ TSH CNGăHọAăXẩăHIăCHăNGHAăVITăNAM călpă- Tădoă- Hnhăphúc Tp. H Chí Minh, ngày 15 tháng 06 nm 2012 NHIMăVăLUNăVNăTHCăS H tên hc viên: Phm Quc Phng Gii tính: Nam. NgƠy, tháng, nm sinh: 24/05/1979 Ni sinh: Khánh Hòa. Chuyên ngành: Thit b, mng vƠ nhƠ máy đin MSHV:1081031014. I. TểNă TÀI. ắNGHIểNăCUăNGăDNGăMỌăHỊNHăQUADROTORăTRONGăGIÁMă SÁTăVĨăCUăH”ă. II.NHIMăVăVĨăNIăDUNG. 1. NhimăvăcaăđătƠi:  Nghiên cu các phng pháp điu khin Quadrotor.  Xác đnh mô hình toán hc ca Quadrotor.  Xây dng mô hình và thut toán điu khin Quadrotor .  Mô phng mô hình Quadrotor s dng Matlab Simulink.  Thi công mô hình Quadrotor đ kim nghim thc t.  Nhn xét kt qu đt đc và so sánh vi các kt qu đƣ đc trong vƠ ngoƠi nc. 2. NiădungăcaăđătƠi:  Phn 1: Nghiên cu các phng pháp điu khin Quadrotor, t đó đa ra các vn đ cn gii quyt đ phc v cho vic xơy dng mô hình Quadrotor.  Phn 2: Xác đnh mô hình toán hc ca Quadrotor.  Phn 3: Xây dng mô hình và thut toán điu khin, mô phng đáp ng vƠ ng sut bng phn mm Matlab Simulink & Inventor.  Phn 4: Thi công mô hình Quadrotor. HUTECH III. NGĨYăGIAOăNHIMăV:ăngày 15 tháng 09 nm 2011. IV. NGĨYăHOĨNăTHĨNHăNHIMăV:ăngày 15 tháng 06 nm 2012. V. CÁNăBăHNGăDN:ă TS. Võ Hoàng Duy. Cánăbăhngădn KhoaăqunălỦăchuyênăngƠnh HUTECH LIăCAMăOAN Tôi xin cam đoan rng lun vn vi ni dung ắNghiênăcuăngădngămôă hìnhăQuadrotorătrongăgiámăsátăvƠăcuăh”ălà công trình nghiên cu ca riêng tôi, di s hng dn ca TS. Võ Hoàng Duy. Các s liu, kt qu mô phng nêu trong lun vn là trung thc, có ngun trích dn và cha đc công b trong các công trình nghiên cu khác. Tp. H Chí Minh, ngƠy 15 tháng 06 nm 2012 Ngiăthcăhinălunăvn Phm Quc Phng HUTECH LIăCMăN Xin cm n Trng i hc K thut Công ngh thành ph H Chí Minh, cùng Quý Thy, Cô đã tn tình truyn đt kin thc và to mi điu kin tt nht cho lp chúng tôi trong sut quá trình hc cao hc. Vi lòng tri ân sâu sc, tôi mun nói li cám n đn Thy TS. Võ Hoàng Duy, ngi đã nhit tình hng dn và ch bo cho tôi trong sut thi gian thc hin nghiên cu đ tài này. Cám n lãnh đo Khoa C – in – in t và quý Thy Cô trong khoa đã giúp đ tôi trong quá trình thc hin đ tài. Cám n tt c các bn trong khóa hc, nhng ngi cùng chung chí hng trong con đng tri thc đ tt c chúng ta có đc kt qu ngày hôm nay. Cm n gia đình và nhng ngi thân đã đng viên, h tr tôi trong sut thi gian thc hin nghiên cu này. Xin trân trng gi lòng tri ân và cm n quý Thy Cô. Tp. H Chí Minh, ngƠy 15 tháng 06 nm 2012 Ngiăthcăhinălunăvn Phm Quc Phng HUTECH i MCăLC MCăLC i DANHăMCăCÁCăCHăVITăTT iii DANHăMCăHỊNHăNH v TịMăTT vi ABSTRACT vii Chng 1: M U 1 1.1 LỦ do chn đ tƠi. 1 1.2 Mc đích nghiên cu 1 1.3 Phng pháp nghiên cu 2 1.4 Phm vi nghiên cu 2 1.5 ụ ngha khoa hc vƠ thc tin. 3 1.6 B cc ca lun vn 3 Chng 2: TNG QUAN 4 2.1 Lch s phát trin Quadrotor. 4 2.2 t vn đ 6 2.3 Nhim v vƠ mc tiêu ca lun vn. 7 Chng 3: C S IU KHIN 9 3.1 Gii thiu Quadrotor 9 3.2 Phng trình chuyn đng. 12 3.3 Tng quan v k thut điu khin Quadrotor. 18 Chng 4: MÔ PHNG 28 4.1 Xơy dng mô hình Quadrotor trong Matlab Simulink. 28 4.2 Mô hình matlab vƠ kt qu mô phng. 31 Chng 5: THI CÔNG 36 5.1 Xơy dng mô hình Quadrotor trong phn mm Inventor. 36 5.2 S đ khi mch điu khin gia Quadrotor vƠ PC ậ Transmitter. 40 5.3 Mô hình kim tra lc đy ca motor 40 HUTECH ii 5.4 Xơy dng giao din Labview dùng đ giám sát. 42 Chng 6: TNG KT 43 6.1 Kt qu. 43 6.2 Hiu qu kinh t, xƣ hi, giáo dc, an ninh, quc phòng, ầ 44 6.3 Hng phát trin 44 HUTECH iii DANHăMCăCÁCăCHăVITăTT x: V trí dƠi theo trc x E . y: V trí dƠi theo trc y E . z: V trí dƠi theo trc z E . : Góc roll ( xoay quanh trc XΨ. : Góc yaw ( xoay quanh trc ZΨ. : Góc pitch ( xoay quanh trc YΨ. u: Vn tc dƠi theo trc x B . v: Vn tc dƠi theo trc y B . w: Vn tc dƠi theo trc z B . u: Gia tc dƠi theo trc x B . v: Gia tc dƠi theo trc y B . w: Gia tc dƠi theo trc z B . q: Vn tc góc theo trc x B . p: Vn tc góc theo trc y B . r: Vn tc góc theo trc z B . q: Gia tc góc theo trc x B . p: Gia tc góc theo trc y B . r: Gia tc góc theo trc z B .   : là gia tc theo phng Z b .   : là vn tc góc ca cánh qut.   : lƠ lng tng hoc gim ca   đ bay lên hay h xung.   : là gia tc theo phng X b .   : là vn tc góc ca cánh qut.   ,  (    ): lƠ lng tng hoc gim ca   .   : là gia tc theo phng Y b .   : là vn tc góc ca cánh qut.   ,  (    ): lƠ lng tng hoc gim ca   . [...]... 21 p (Ki và Kd Hình 3.12 (Kp 22 Hình 3.13 (Kp and Ki 23 Hình 3.14 S 25 Hình 3.15 25 27 29 29 30 30 cao và góc xoay 30 31 Hình 4.7 Tr Hình 4.8 Tr 31 Hình 4.9 Tr Hình 4.10 Tr 32 Hình 4.11 Tr Hình 4.12 Tr 32 Hình 5.1 Mô hình Quadrotor 2D 36 Hình 5.2 Mô hình Quadrotor 3D 37 Hình 5.3 Mô hình Quadrotor (trong ... 2.2 H U TE Hình 2.4Draganflyer X-Pro UAV (Unmanned Arial Vehicle) Ngày 7 H U TE C H Quadrotor -TS Lê Hoài Quadrotor Quadrotor 2.3 2.3.1 Nghiên c u khi n Quadrotor nh mô hình toán h c c a Quadrotor Xây d ng mô hình và thu u khi n Quadrotor Mô ph ng mô hình Quadrotor s d ng Matlab Simulink 8 ki m nghi m th c t Nh n xét k t qu c và so sánh v i các k t qu c 2.3.2 M H U TE C H c trong và 9 3.1 drotor... C H Hình 2.1 Breguet- Richet Gyroplane No 1 4 Hình 2.2 5 Hình 2.3 5 Hình 2.4 Draganflyer X-Pro 6 Hình 3.1 Quadrotor 9 Hình 3.2 9 Hình 3.3 10 Hình 3.4 10 Hình 3.5 11 Hình 3.6 11 12 Hình 3.8 H qui chi u quán tính và v t th (Kivrak, A, 2006 ) 13 Hình 3.9 18 Hình 3.10 S ID 20 Hình. .. drotor 3.1.1 Quadrotor C H Hình 3. 1Quadrotor H U TE 3.1.2 Hình 3.2 - 10 3.1.2.1 Quadrotor 1= 2= 3= 4) Hình 3.3 C H 3.1.2.2 H U TE Quadrotor Hình 3.4 :là gia t quadrotor b :là v n t c góc c a cánh qu t : c gi m c a 3.1.2.3 Quadrotor bay lên hay h xu ng 11 b làm cho Hình 3.5Tr ng thái nghiêng trái/ph i :là gia t : , ánh qu t ): ( C H b c gi m c a H U TE 3.1.2.4 ng t Quadrotor nghiêng trái/ ph b Hình 3.6... a force that keeps the Quadrotor stable 1 1.2 H U TE C H 1.1 or trong Quadrotor 2 1.3 C H Tính toá 1.4 H U TE Quadrotor Quadrotor Quadrotor Quadrotor Do 3 1.5 1.5.1 Quadrotor 1.5.2 : camera wifi C H máy tính tron 1.6 H U TE wifi theo giúp cho 4 2.1 Quadrotor - H U TE - C H - Hình 2.1 Breguet- Richet Gyroplane No 1 khi cho không bao 5 C H Hình 2.2 nó H U TE giá thành cao Hình 2.3 Draganflyer X-Pro... 36 Hình 5.2 Mô hình Quadrotor 3D 37 Hình 5.3 Mô hình Quadrotor (trong 38 38 Hình 5.5 Mô hình Quadrotor 39 Hình 5.6 S 40 Hình 5.7 40 Hình 5.8 41 42 42 vi T m , trong các M H U TE Quadrotor C H ay mà không vii ABSTRACT Quadrotor helicopters have become increasingly important in recent years, as platform for both research and... U TE d ng gi i thu t rí .Mô ph t qu nh T nh ng k t qu gi i thu u khi n i thu Chen & Huzmezan Quadrotor Quadrotor 3.3.4 3.3.4.1 Proportional-Integral-D Proportional Integral: tích phân Derivative u khi n nêu trên, hình 20 tính Ta có: H U TE Hình 3.10 C H 3.3.4.2 = , , + + (3.29) : Khâu P: = : th a s t l c l i t l , thông s : sai s u ra u ch nh Kp ( ) (3.30) 21 Hình 3.11 (Ki và Kd H U TE C H p Khâu I:... góc gi a h t a m 1997,p.23) (3.6) t và h t v tth (Cook 15 = 1 = 0 0 (3.7) 0 cos sin ng thái mô t s sin sin cos cos cos cao khi xoay trong h t 3.2.1.3 V n t c dài: (3.9) v n t c dài trong h tr c t t i trong cùng th m nh lu t = H U TE II Newton: v t th 1 C H = T (3.8) (3.10) v t th và vector v n t c có th xoay và thay m (Blakelock 1991, p.10) = + + = (3.11) (3.12) c: = + + + (3.13) U1 U1 ng theo tr c... qu t , ( ): c gi m c a khi bay 12 3.1.2.5 Quadrotor b drotor b C H cách trên H U TE Hình 3.7Tr ng thái xoay qua trái/ph i :là gia t b :là v n t c góc c a cánh qu t , ( ): 3.2 o c gi m c a Quadrotor , roll, pitch, yaw là g , ( các góc 13 B, xB, yB, zB Quadrotor, xB n trái, zB B B,y B B E, xE, yE, zE E E E,yE E H U TE C H E Hình 3.8H qui chi u quán tính và v t th (Kivrak, A, 2006 ) 3.2.1 Euler r n:... s l c 2 3 + a m i motor Th c: = H U TE = = sin cos sin + ( 2+ 2+ 2+ 2) 1 2 3 4 + cos cos (3.17) 3.2.1.4 c góc: U= (3.18) i chi u (Blacklock 1991,p13) = + (3.19) H=I (3.20) Và 0 = 0 0 0 0 0 I: Moment quán tính cao Th 0) và (3.21) vào (3.19 c: (3.21) 17 U2 = U3 = U4 = M + + + ( ( ( ) ) ) + ( + ( U3 = ) ) i x ng nên (3.22) : U1 = U2 = (3.23) c t o ra b i motor: U2 = U3 = ( ( 2 2+ 2 4) 2 3) 2 1 C H U4 . Nghiênăcuăngădng mô hình Quadrotor trong giám sát vƠăcuăh.” 1.2 Mcăđíchănghiênăcu.  tài: “Nghiênăcuă ngădngă mô hình Quadrotor trong giám sát vƠăcuă h”. thng 30 Hình 4.5 Mô hình điu khin đ cao và góc xoay 30 Hình 4.6 Mô hình mô phng Quadrotor trong Matlab Simulink. 31 Hình 4.7 Trng hp 1 Hình 4.8