Thiết kế bộ điều khiển ho máy bay không người lái uav

  tài lu“Thiết kế điều khiển cho máy bay không người lái UAV” thc hii s ng dn tn tình ca TS Bùi Quý Lc TS Lê Giang Nam Các s liu kt qu trình bày lu phát tric cơng b bt kì mt tài liu Hà Nội, Ngày 22 tháng năm 2014 Hc viên thc hin Nguyn Ngc Bình 1708177951753d379b67f-a18c-49a4-8f2d-5b91035a15f1 170817795175309814455-07c8-4c39-b94d-0ab0851b366d 17081779517535c932fd7-e5a6-49d6-9b67-7583d1ceeaf9  L MC LC KÝ HIU VÀ T VIT TT DANH MC BNG BIU DANH MC HÌNH NH M U  TNG QUAN V UAV 11 1.1 Gii thiu v UAV 11 1.1.1 Khái nim v UAV 11 1.1.2 Các ng dng ca UAV 11  yu ca UAV 12 1.2 Lch s phát trin ca UAV 12 1.2.1 Lch s phát trin ca UAV th gii 12 1.2.2 Lch s phát trin ca UAV  Vit Nam 15 ng phát trin ca UAV 18 ng tip cn c tài 18 1.4 Kt lun  19   LÝ THUYT V U KHIN VT TH I LÁI UAV 20 2.1 Các thông s k thut ca UAV 20 2.1.1 Thông s k thut ca vt liu ch to UAV 20 2.1.2 Kho sát lc tác dng lên b phn UAV 22 2.1.3 Tích hp h thlên UAV 23 2.2 Khng hng lc hc cho UAV 27 2.2.1 Xây dng h t  kho sát UAV 27 2.2.2.Khng hc cho UAV .31 2.2.3 Khng lc hc cho UAV .33 2.3 Ging hng lc hc 35 2.3.1 Tuyng hng lc hc 35 2.3.2 Phân chia chuyng ca UAV 40 ng hng lc hc cho trng thái bay cân bng n nh 44 2.4 Kt lun  48  THIT K B U KHIN CHO UAV 49 3.1 Tng quan h u khin UAV 49 nh v, dng bng h thng v nh v quán tính INS 49 3.1.2 Truyn dn d liu khin hình nh bng sóng vơ tuyn RF 49 3.1.3 H thng truyng UAV 61 3.2 Thit k h thu khin UAV 61 3.2.1 Thuu khin 62  mn ca h thu khin 66 3.2.3 Mô phng h thu khin 71 3.3 Thit k phn mu khin giám sát mt 73 3.3.1 Phn mu khin mt 73 3.3.2 Xây dng h thng ch th mc tiêu 74 3.4 Tích hp h thn t 75 3.5 Kt lun  80  KT QU VÀ BÀN LUN 81 4.1 Kt qu th nghim ca h thng GPS, IMU, RF 81 4.1.1 Kt qu th nghim kh nh v GPS 81 4.1.2 Kt qu th nghim chng b thu phát sóng RF 83 4.1.3 Kt qu th nghim chng cm bin IMU 85 ng UAV  ch  bay bng tay t ng 87 ng UAV  ch  bay bng tay 87 ng UAV  ch  bay t ng 88 4.3 Kt lun  89 KT LUN 90 TÀI LIU THAM KHO 92 PH LC 93  + GPS - Global Positioning System( H thnh v toàn cu) + GCS - Group Control Station (Tru khin mt) + IMU - Inertial measurement units(H thng quán tính) + INS - Intertial Mavigation System(H thnh v quán tính) + PP PTHH - n t hu hn + PID - A proportional integral derivative controller + RF - Radio Frequency (Tn s vô tuyn) + UAV - i lái)  Bng 2.1: Thông s c si composit (E glass fiber) 20 Bng 2.2: Thông s c thép Cacbon ng 21 Bng 2.3: Thông s c nha polyurêtan 21 Bng 2.4: Thông s c cao su tng hp 22 Bng 2.5: Bng phân loi mc t máy bay 30 Bng 3.1: Thông s vi x lý ATMEGA2560 67 Bng 3.2: Thông s cm bin MPU 6050 68 Bng 3.3: Thơng s cm bin khí áp MS5611 68 Bng 3.4: Thông s la bàn s HMC5883L 69 Bng 3.5: Thông s IC nh AT45DB161D 70 Bng 4.1: Th nghi ng cách ca GPS (Khu vc dân  81 Bng 4.2: Th nghi ng cách ca GPS (Khu vt trng) 83 Bng 4.3: Bng sóng ca b thu phát sóng RF 84  Hình 1.1: Máy bay trinh sát pháo binh "Tipchak" Nga 15 Hình 1.2: UAV Vit Nam, sn phm ca HTI 17 Hình 2.1: Sn phm máy bay hồn thin 23 Hình 2.2: Thân máy bay 24 Hình 2.3: Cánh máy bay (Bên trái) 24 ng cánh lái ngang 25 c sau máy bay .25 Hình 2.6: H thng truyn chuyng 26 t 26 Hình 2.8: Các trc t n tc, lc, momen góc RPY máy bay 27  trc t máy bay .29 n tc góc h t liên kt 32 Hình 2.11 khng ca máy bay 48 Hình 3.1: Các thành phn cu to ca h thng 50 Hình 3.2: V tinh khơng gian 50 Hình 3.3: Các tru khin GPS th gii 51  53  Roll 54  56 Hình 3.7: B thu phát sóng RF 58 Hình 3.8: Cu to RC Servo 61 u khin góc quay RC Servo 62 Hình 3.10: Mch vi x lý trung tâm ATMEGA2560 67 Hình 3.11: Khi truyn nhn d liu vi máy tính thơng qua chip ATMEGA32U 67 Hình 3.12: Cm bin MPU 6050 (Inertial measurement unit)6 trc 68 Hình 3.13: Cm bin khí áp MS5611 69 Hình 3.14: La bàn s HMC5883L 70 Hình 3.15: B nh  Mb d liu 70  khi h thng mô phng phn cng 71  khi h thng mô phng phn cng 71 Hình 3.18: Thit lp tham s truyn nhn Xplane 72 Hình 3.19: Thit lp cng UDP truyn nhn d liu XPlane 72 Hình 3.20: Mu th nghim ch  bay t ng: máy bay PT60 73  74 Hình 3.22 75 c mch in sau thit k 76  kt n Recever Fysky 76  chân kt ni tín hiu khin 77  kt ni tín hiu cm bin 77  kt nu tín hiu APM 78 Hình 3.28: Tín hiu cp servo camera 78 Hình 3.29: Tín hiu cp servo camera 79 Hình 3.30: Module LEA-6H U-blox 79 Hình 3.31: B u khin thc t 80 Hình 4.1: V trí ca máy bay so vi Home (Khu v 81  th biu din sai s khong cách ca GPS (Khu v 82 Hình 4.3: V trí ca máy bay so vi Home (Khu vt trng) 82  th biu din sai s khong cách ca GPS (Khu vt trng) 83 Hình 4.5: Màn hình s liu biu din chng sóng ca b thu phát sóng RF 84  th biu din chng sóng vi khong cách khác 85 Hình 4.7: Máy bay  trng thái cân bng 85 Hình 4.8: Máy bay  trng thái nghiêng bên phi 86 Hình 4.9: Máy bay  trng thái ngóc lên 86 Hình 4.10: Máy bay  trng thái chúc xung 86 Hình 4.11: Máy bay  trng thái lt nga 87 Hình 4.12: Qu o bay thc t cu khin bng tay 88 Hình 4.13: So sánh qu o bay thc t qu o bay lp trình ca máy bay ch  bay t ng 89  Lý ch tài Ngày nh nhng tin b công ngh khoa hc k thuc áp dng vào i sng ngày nhiu, nên thit b có kh        c quan tâm nghiên cu rng rãi tồn th gii Các cơng ngh c ng dng rt nhi     c bit nhm gii phóng ngi khi nng nhc, nhàm chán ca công vic (do lp i lp li thao tác ca mt công vic gin n ó), nguy him ca mơi trng lao ng, lây lan ca bnh him nghèo ti cs y t, ô nhim bi bm ca hm m, nguy him  dui áy i dng không gian v tr Mt nhng công ngh c nghiên cu ng dng mnh m   i lái (UAV    i ch chung cho loi máy bay mà khơng có u khin  bung lái, hong t ng có th u khin, giám sát t xa Vi vic s dng i ta có th thay th i rt nhing, quân s,  tr Trên th gic, Nhng dng máy bay UAV vào nhi, quan trc c bit ngành quân s Tuy nhiên vic trin khai ng dng  Vit Nam hn ch Xut phát t thc t n hành nghiên cu v h thu khin     Thit k b u khin cho i lái UAVc trin khai vi mc nm bt lý thuyt công ngh nhm áp dng vào thc tin Lch s nghiên cu Trên th gii UAV không ch mc tiêu quân s ca mi quc bit c chuyên sn xui lái   tài nghiên cu ci hc th gic nhng thành tu  Vic nghiên cu ch to UAV gp nhi thách u tiên   Ti công ngh c ch to máy bay,  nh v xác, công ngh x lý i nhng thành t   c mt ngày khơng xa s c ng rng rãi i sng quân s Mu ca lung, phm vi nghiên cu Vic ch to b u khin cho UAV hic phát trin mnh m th gii Nó khơng ch phc v qn s mà c dân s  trii Vit Nam cịn hn ch rn kinh phí lc ta mi ch s dng UAV quân s n phm phc v dân s Vì vy, nhim v c tài giúp tip cn, làm ch công ngh nhm n phm ng dng mc tiêu dân s ng nghiên cu c tài bao gm thit b u khin máy bay không i lái UAV, h thng dng bng v tinh GPS, h thng truyn dn d liu u khin thu thp hình nh bng sóng RF Vic nghiên c  tài cm bo nhng công vic sau: xây dng mô hình i lái UAV dng bng tín hiu v tinh GPS; tích hp h thu khing lp trình; th nghing thit b  ch  u khin bng tay ch  t ng Thu thp d liu v chuy kim tra tính xác c ng hc cân bng máy bay Các lui Ni dung lu - tng quan v UAV -  lý thuyu khin vt th i lái UAV - t k b u khin UAV - y th kim tra chng Pu  tài s dn t hu hn (PP PTHH) m s  gic mô t bn vu kin biên c th Xây d  ng lc hc, s d  h gihân, trình bày v thuyt cân bng nh máy bay Tích hp h thng bao gm cm bin, mu khiu chp hành, phát trin phn mu khin da phn mm mã ngun m, xây dng thut toán x lý nh Tin hành bay th nghim, kim tra ch  bay, bay theo qu o, kim tra thu thp d liu trình bay Kt qu  tài cc + Nghiên cu lý thuyt v u khin vt th i lái UAV t  h ng hng lc hc + Gii h             ng thái bay cân bng nh + Thit k h th u khin vi kh    t,  nh tm hot ng 2-4 km 30 phút + Tích hp h thn t, phn mm cho mt mô hình máy bay cánh bng c th + Th nghim bay tht ng ca h thu khin  t n lc hoàn thành ki      c chn khơng tránh khi thiu sót hn ch Rt mong nhc s  góp ca q thy b   có th   tơi hồn thi    nghiên cu sau Tôi xin gi li c n thy cô b    tơi hồn thành lu c bit s tn tình ch d ca TS Bùi Quý Lc TS Lê Giang Nam Tôi xin chân thành c  Nguyn Ngc Bình 10