Ồ án môn học nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình quadroto

Tổng quan, việc nghiên cứu và phát triển quadrotor không chỉ giúp chúng ta khám phá và khai thác tiềm năng ứng dụng của máy bay không người lái trong các lĩnh vực khác nhau, mà còn đóng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SU PHAM KY THUAT VINH LONG

KHOA CO KHÍ

DO AN MON HOC NGHIEN CUU THIET KE CHE TAO MO HINH QUADROTO

MON HOC: DO AN CO DIEN TU

Sinh Viên Thực Hiện: Võ Phi Long

Mssv: 20006013 GVHD: Lê Hữu Toàn

Vinh Long 2023

LOI CAM DOAN

Tôi xin cam đoan rằng Đồ án cơ điện tử này là một công trình nghiên cứu của cá

nhân, được thực hiện với tinh thần chính trực và không có sự sao chép từ bat ky nguon tài liệu nào Tất cả các thông tin và nội dung được sử dụng từ các tài liệu tham khảo đều

được ghi lại đầy đủ trong phan tài liệu tham khảo của đồ an

Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi đã dành thời gian tìm hiểu, nghiên cứu

và tiếp thu kiến thức từ nhiều nguồn tài liệu uy tín và chính thống Các tài liệu tham khảo

đã cung cấp cho chúng tôi sự hiểu biết rõ ràng về lĩnh vực quadrotor và các công nghệ liên quan

Vĩnh Long, ngày 29 tháng 06 năm 2023 Sinh viên

Võ Phi Long

1.3 Đĩng gĩp của đề tài nghiên cứửu -s- s1 1 1E 21 HH1 HH uyn, 10

2 Nội dung Q20 112111211 1n HT HH ng KH key 12

2.1 Thiết kế quadrOfOI 55c SE xEEEE11E112 111 1111110112111 11 kg A 12

2.1.1 Thiết kế cơ khí -:- 55c 222 221 1t.27EttE.TE tre 12

2.2 M6 hin quadrotor oo cece ccc cece ccee eens eeenseenseceseceseesecsiecstsssesecststetieeenietieenes 22 2.2.1 Mơ hình 6DOF QUADROTOR c2 HH H11 HH 1H Hà 29

2.3 Đo tốc độ của động cơ - ác E1 1 1211012111121 ngưng 32

2.3.1 Đo tốc độ động cơ bằng cảm biến quang - 5-5 S21 121121121211 11t mrrrey 32

2.3.2 Đo lực nâng của động cơ Q01 H11 n2 1215 T5 ng He hờ 34

3.1 Kỹ thuật điều khiển 1 c 1 1 T21 21E11 1121212121 1 Hường 36 3.2 Ơn định ĐĨC TỌÏ 2 0 2012211112111 111 1111011101111 51 110111 11H KH ky kà 37

3.3 Ơn đỉnh gĩc pitCh - -sc scct EE E1 ExEE211 1 11 E12 HH HH Hay 38

3.5 Ơn định gĩc YâW c1 E1 122 12 12t HH tp ng rg ren 40

3.6 Mơ hình điều khiển 55 222 tt E222 121211 rrrie 41

S KGt LU ate teccsseseessssseeessssneessssveessssseesssseesssnneessssneesssnessesseesssenessse 54

MUC LUC HINH ANH

Hình 1 I Mô tả các chuyển động của quadrotor 8

Hình 2 1Cac kích thước thiết kế chính 14

Hình 2 2Khung máy bay sau khi được chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh 15

Hình 2 5 Bộ điều khiển ESC 30A 19

Hình 3 5 Sơ đồ khối điều khiển cuộn 47

Hinh 3 7 So d6 khéi cua diéu khién 1éch huéng 48

Ly Do Chon Dé Tai

Quadrotor 4 cánh là một lựa chọn đáng chú ý trong lĩnh vực chế tao may bay không người lái Lí do chúng tôi quyết định nghiên cứu và phát triển đề tài nay 1a do khám phá tiềm năng ứng dụng to lớn của quadrotor trong nhiều lĩnh vực khác nhau Đâu tiên, quadrotor 4 cảnh có khả năng cất cánh và hạ cánh thăng đứng, điều này rat quan trọng trong nhiều ứng dụng Quadrotor có thể vượt qua rào cán không gian hẹp

và thực hiện chuyến bay ở các môi trường khó khăn, bao gồm cả trong nhà và ngoài trời Điều này đặc biệt hữu ích trong việc giám sát, lập bản đồ và thăm đò môi trường nguy hiểm mà con người khó tiếp cận

Thứ hai, quadrotor có kích thước nhỏ và khả năng cơ động tốt Điều này cho phép

chúng thực hiện các manevor linh hoạt và tiếp cận các khu vực khó tiếp cận Quadrotor

có thê di chuyên nhanh và linh hoạt trong không gian 3D, giúp nâng cao khả năng điều

hướng và thực hiện các nhiệm vụ phức tạp

Ngoài ra, quadrotor 4 cánh cũng có cầu trúc đơn giản và khả năng tải trọng tốt Việc xây dựng và vận hành quadrotor tương đối để dàng và có thể tiết kiệm chi phí Đồng thời, khả năng tải trọng của quadrotor cho phép chứng mang theo các thiết bị và công cụ

cần thiết đề thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau

Tổng quan, việc nghiên cứu và phát triển quadrotor không chỉ giúp chúng ta khám phá và khai thác tiềm năng ứng dụng của máy bay không người lái trong các lĩnh vực khác nhau, mà còn đóng góp vào việc tạo ra những giải pháp tự động hóa thông minh và

hiệu quả Sự tiễn bộ trong lĩnh vực này sẽ mang lại nhiều lợi ích đáng kẻ cho xã hội và

mở ra triển vọng phát triển đáng kỳ vọng trong tương lai

1.Giới thiệu chung

May bay không người lái (UAV) là loại máy bay có thê được điều khiến từ xa thông qua hệ thống điều khiên đưới mặt đất hoặc hoàn toàn tự động bằng hệ thông máy tính gắn trên máy bay

Trong số các máy bay không người lái QUADROTOR là loại máy bay có khả năng cất hạ cánh thăng đứng mà không cần đường băng Bộ phận tạo ra lực đây và đồng thời cũng làm nhiệm vụ cân bằng cho máy bay là bốn động cơ Toàn bộ các chuyên động của máy bay được điều khiển thông qua tăng giảm tốc độ quay của động cơ (không thong qua thay đôi góc tắn các cánh), từ đó dẫn đến thay đổi lực day trên các cánh quạt Do đó,

so với các loại máy bay rotor khác, quadrotor có kết câu cơ khí đơn giản hơn Điều này

đồng nghĩa với kết cầu của máy bay có độ tin cậy cao, do đó việc bảo trì sẽ đơn giản và ít

tốn kém so với các loại máy bay khác Mặt khác, QUARTOR tạo lực đây từ bốn cánh

quạt nên cho phép tạo ra lực đây tương đương với các máy bay khác có kích thước công kènh hơn do sử đụng cánh quạt có kích thước lớn hơn Điều này là ưu thế cho phép quadrotor hoạt động trong các môi trường chật hẹp và nhiều vật cản như trong thành phố,

ở các nơi không có quá nhiều không gian cho việc cất hạ cánh

Bên cạnh các ưu điểm, một trong số các hạn chế của QUADROTOR là hiệu suất

lực đây của máy bay thấp do toàn bộ lực nâng của máy bay sinh ra từ lực đây của động

cơ Mặt khác, sử dụng cánh quạt có đường kính nhỏ cho ton thất khí động lớn hơn so với

cánh quạt có đường kính lớn Tuy vây, trong tương lai, việc chế tạo máy bay bằng các vật liệu mới có khối lượng nhẹ, sẽ đóng góp đáng kê vào việc nâng cao hiệu suất tiêu thụ năng lượng của máy bay

QUADROTOR đã và đang cho thấy sự hữu ích trong muôn vàn các ứng dụng trong cuộc sống Với kích thước nhỏ gọn với khả năng mang theo tải trọng lớn,

QUADROTOR có thê làm nhiệm vụ cứu hộ một cách hiệu quả (cứu thương, tìm kiếm

cứu hộ sau thảm họa, cứu hỏa, ), đặc biệt trong thành phố, nơi mà nguy cơ tắc nghẽn giao thông đường bộ luôn có khả năng làm chậm trễ việc tiếp cận bằng các phương tiện

cứu hộ đường bộ Bên cạnh đó là rất nhiều ứng dụng trong việc vận chuyển hàng hóa,

hay thậm chí cả trong quân sự (trnh sát, do thám,, )

1.1.Nguyên lý hoạt động của quadrotor

Quadrotor được thiết kế trong đồ án này có dạng dâu cộng Máy bay có 2 cặp cánh

quạt thuận nghịch, với các cánh đặt đối điện nhau là cùng phía Bên cạnh việc đóng góp

vào lực đầy đề lấy độ cao cho máy bay, các cặp cánh còn tạo ra các chuyển động của máy bay xung quanh trọng tâm Bằng cách tăng và giảm đồng thời tốc độ các động cơ đặt đối xứng nhau, sẽ xuất hiện mô-men làm máy bay nghiêng một góc Từ đó ta có thể điều khién may bay di chuyển tịnh tiến theo hướng ngang hoặc dọc so với hướng của máy bay

Với các cánh quạt quay giống nhau quay ở cùng tốc độ, các mô-men cản do không khí tác dụng lên các cánh quạt sẽ triệt tiêu lẫn nhau Áp dụng nguyên tắc này, ta có thê ôn định góc hướng của máy bay theo hướng mong muốn, bằng cách thay đôi đồng thời tốc

độ (cùng tăng hoặc cùng giảm) của cặp cánh đối điện nhau (Hình 1.1 gidi thích cách thức tạo ra các chuyên động của quadrotor dạng dâu cộng [6.2].)

Hình 1 1 Mô tả các chuyển động của quadrotor

1.2.Lịch sử quadrotor

Vào năm 1907, chiếc Gyroplane No.1 duoc chế tạo bởi anh em nhà Breguet, đặt dấu

mốc cho sự ra đời chiếc trực thăng đầu tiên và cũng là chiếc quadrotor đầu tiên trên thế giới Do khả năng ổn định chưa thực sự tốt, nó chỉ có thể bay gần mặt đất và phải được

giữ bằng đây trong khi bay [10][6][7]

Vào năm 1920, Etienne Oehmichen đã thử nghiệm thành công nhiều lần chiếc Oehmichen No.2 do ống thiết kế và chế tạo Chiếc máy bay có khả năng ổn định khá tốt

và có thể cất cánh khỏi mặt đất tới vài phút Chiếc máy bay có kết cấu là các ống thép, với các cánh quạt có thê thay đôi góc tấn

Vào năm 1922, Chiếc Flying Octopus (Bạch tuộc bay) được chế tạo bởi Georges

de Bothezat đã bay thử nghiệm nhiều lần thành công Tuy nhiên, do chỉ phí chế tạo đắt đỏ

và không gây được nhiều sự chú ý, dự án đã bị hủy bỏ

Hinh 1 4 Flying Octopus Vài thập kỉ sau đó, tiếp nối sau những thành công của những kĩ sư tiên phong, những nhà thiết kế, những kĩ sư bấy giờ đã tìm thấy niềm cảm hứng và quay trở lại với ý tưởng về mô hình chiếc máy bay bốn cánh quạt Với sự hiểu biết sâu sắc hơn về hệ thông điều khiên, họ đã thiết kế và thử nghiệm thành công nhiều mô hình quadrotor khác nhau Chiếc Convertawings Model A được thiết kế để thử nghiệm trước khi sản xuất dòng máy bay cỡ lớn phục vụ trong cả dân sự và quân sự Chiếc máy bay gồm hai động

cơ dẫn động bốn rotor thông qua bộ truyền đai Trong năm 1956, với việc bay thử nghiệm thành công nhiều lần, nó đã chứng minh cho tính khả thi của mô hình quadrotor

Đồng thời, đây là chiếc quadrotor đầu tiên có khả năng bay tiến về phía trước Tuy nhiên, cũng vì lí do kinh phí, dự án đã bị ngừng lại

Trong năm 1958, chiếc Curtiss-Wright VZ-7 được thiết kế bởi công ty Curtiss- Wright theo đơn đặt hang của quân đội Mỹ Chiếc máy bay được đánh giá có kha nang di chuyền linh hoạt và dễ điều khiển Tuy nhiên, do không đáp ứng được một số tiêu chuẩn của quân đội, phải đến năm 1960 chiếc máy bay mới được đưa vào sản xuất

Thang 11 nam 1963, chuyến bay thử nghiệm đầu tiên của chiếc Curtiss X-19 điển

ra Mẫu thiết kế sử dụng bốn động cơ cánh quạt phản lực, được thiết kế để xoay hướng khi máy bay chuyên qua lại giữa chế độ cât/hạ cánh thăng đứng và chế độ bay bằng Do chất lượng hệ thông điều khiển còn hạn chế, chiếc X-19 đã không thể thực hiện được thao tác này Đồng thời, chiếc máy bay khó điều khiển trong quá trình bay treo bởi các ảnh hưởng của hiệu ứng mặt đất chưa được tính đến

Trong chuyên bay đầu tiên vào năm 1966, chiếc Bell X-22 đã lập tức đạt được thành công trong việc chuyên từ chế độ bay treo sang bay bằng Chiếc máy bay sử dụng các động cơ đặt trong ống Tuy nhiên, tốc độ của máy bay khi bay bằng bị ảnh hưởng bởi lực can sinh ra do đường kính lớn của các ống, dẫn đến tốc độ của máy bay thấp

1.3.Đóng góp của đề tài nghiên cứu

Trên thế giới, xự xuất hiện của quadrotor đã trở nên khá phố biến Việc nghiên cứu về loại máy bay này cũng thu hút được sự quan tâm rộng rãi của giới nghiên cứu trên toàn thế giới do những ưu điểm vượt trội của nó Tại nhiều phòng thí nghiệm, người ta không ngưng đưa ra các giải pháp đề nâng cao chất lượng điều khiển của hệ thông, cũng

như tìm ra các phương pháp mô hình hóa chính xác hơn đề đưa ra kết quả mô phỏng gần

hơn với thực tế

Trong thời gian gần đây, quadrotor cũng dần được biết đến nhiều hơn trong nước, nhưng phạm vi ứng dụng và mức độ phố biến vẫn còn hạn chế Đồ án này được thực hiện với mục đích tiếp cận việc thiết kế quadrotor một cách có hệ thống trên các cơ sở khoa học, nhằm tạo tiền đề cho các phát triển xa hơn đối với loại máy bay này trong tương lai

Đồ án đưa ra phương pháp mô hình tuyến tính hóa cho quadrotor, đồng thời trình bày các thí nghiệm đề thu được các tham số cần thiết cho việc mô phỏng Tiếp theo đó, phương pháp tiến hành thiết kế bộ điều khiển thông qua công cụ MATLAB-Simulink được trình bày Sau khi chế tạo mô hình thực tế, các vẫn đề thực tiễn gặp phải trong quá trình áp đụng các thuật toán vào vi điều khiển sẽ lần lượt được nêu ra và giải quyết 2.Nội dung

2.1.Thiết kế quadrotor

2.1.1Thiết kế cơ khí

Tam chính đề lắp đặt các thiết bị được thiết kế sao cho diện tích vừa đủ đề đặt

các thiết bị và ghép nối cơ khí với các phần xung quanh để đảm bảo kết cầu, hạn tăng trọng lượng thừa của máy bay, sẽ làm giảm tải trọng có ích Kích thước tay đòn được thiết kế không quá ngắn, tránh tương tác giữa các luồng khí đi qua các cánh quạt sẽ gây

ra tôn thất lực đây

Sau khi chế tạo, cần tiễn hành cân lại các thiết bị và các chỉ tiết để đưa các khối

lượng thực tế vào mô hình Inventor, giúp tính toán lại chính xác các thông số cơ học

y có giá trị xấp xi gần bằng nhau Vậy, một cách gần đúng, ta có thể công nhận các giả thiết sau:

- Ixx = lyy

- Ixy = lyx = Ixz = lyz=0

° Để cảm biến xác định được các thông số quán tính của máy bay khi chuyển động (vận tốc, gia tốc), cần đặt gia tốc kề trùng với trọng tâm của máy bay

° Bên cạnh đó, một thông số thiết kế quan trọng khác là khoảng cách từ trục động cơ tới trọng tâm máy bay Bỏ qua các sai số do chế tạo, ta coi lực đây của động cơ vuông góc với mặt phăng xy của máy bay và có phương trùng với trục động cơ Khi đó mô-men do lực đây động cơ tác động lên máy bay có thê tính

44

toán được và bằng tích của trị số lực đây nhân với khoảng cách từ trục động cơ tới trọng tâm máy bay

2.1.2 Thiết kế điện tử

Các thiết bị điện tử được lựa chọn sử dụng trên mô hình:

Mạch vi điều khiển Arduino UNO

Bản thân quadrotor luôn có xu hướng mắt ổn định, do đó cần thiết phải có một hệ thống tự cân bằng đề ôn định cho máy bay Việc xuất hiện các vi điều khiển có kích

thước nhỏ với giá thành rẻ cho phép ta tiến hành thiết kế và triển khai hệ thống điều

khiển đối với các mô hình quadrotor cỡ nhỏ Một trong số các vi điều khiển được ưa chuộng và sử dụng phô biến là các mạch Arduino Sự phát triển mạnh mẽ của cộng đồng

mã nguồn mở và phần cứng mở cho ra đời nhiều thư viện và mô-đun phần cửng có khả năng tích hợp nhanh chóng với mạch Arduino, cho phép người lập trình triển khai nhanh

chóng các thuật toán điều khiển vào thực tế

Mạch vi điều khiển Arduino UNO sử đụng vi điều khiển ATmega328 với 14 ngõ vào, ra tín hiệu số và 6 ngõ vào tín hiệu tương tự, đồng thời cho phép xuất xung PWM trên 6 chân, với tốc độ xử lý tối đa lên tới 16 triệu tác vụ trong l giây Mạch có các chân

căm tiện lợi, cho phép triển khai các thí nghiệm một cách nhanh chóng Đồng thời, UNO

cho phép giao tiếp qua các giao thức phố biến nhu SPI, I2C , TWI và Serial, cho phép kết nối với các cảm biến và giao tiếp với máy tính và các vi điều khiển khác một cách thuận

tiện

Hình 2 3 Arduino UNO Cảm biến MPU-6050

45 Cam bién MPU-6050 có 6 bậc tự do ( gồm một øyroscope 3 trục và một gia tốc

kế 3 trục), cho phép xác định 6 thông số quán tính độc lập bao gồm: các gia tốc đài theo các phương và các thành phần vận tốc góc xoay quanh các trục của máy bay Bên trong cảm biến có một vi xử lý, thực hiện việc tính toán và chuyên đổi ngay từ giá trị đo tương

tự sang giá trị số, làm giảm khối lượng công việc cho vi điều khiên Các giá trị tính toán được truyền về vi điều khuyến thông qua giao tiếp I2C Giao tiếp I2C có tốc độ truyền gửi dữ liệu thấp hơn so với giao tiếp SPI nhưng yêu cầu ít đây hơn để kết nối (một dây SCK giữ xung nhịp để đồng bộ tốc độ giữa các vi xử lý và một day SDA để truyền đữ liệu) và số dây này không tăng lên khi số lượng cảm biến kết nói với vi điều khiến tăng

+1000 °/gidy +2000 °/gidy Téc dé lay mau (gyroscope) 8000 Hz

Giải đo gia toc ké +2g, +4g, +8g and +l6g

Tốc độ lấy mẫu (gia tôc kẻ) 1000 Hz

Hệ số độ nhạy 16 384 LSB/g

Thay d6i d6 nhay voi nhiét d6 | £0,02 %/°C

46

(trong khoảng -40°C tdi 85

Các thông số chính của cảm biến MPU-6050

Bộ điều khiển ESC 30A

Bộ điều khiển ESC 30A (Electronic Speed Controller 30A) là một thiết bị điện tử

quan trọng trong các ứng dụng điều khiển tốc độ động cơ Đặc biệt, nó được áp dụng

rộng rãi trong lĩnh vực các thiết bị bay không người lái (drone), robot di động và các ứng

dụng điều khiển động cơ khác Với bộ điều khiển ESC 30A, người dùng có khả năng linh

hoạt và chính xác trong việc điều chỉnh tốc độ của động cơ Điều này đạt được thông qua tín hiệu điều khiển được cung cấp từ bộ điều khiên trung tâm của hệ thông, thường là bộ

điều khiến bay không người lái hoặc bộ điều khiến robot Bộ điều khiển ESC 30A hoạt động bằng cách nhận tín hiệu điều khiển và điều chính dòng điện đầu vào đến động cơ

Điều này cho phép người dùng tăng hoặc giảm tốc độ quay của động cơ một cách linh hoạt Đồng thời, bộ điều khiển ESC 30A cũng cung cấp khả năng điều chỉnh ngược, cho phép động cơ quay theo chiều ngược lại trong trường hợp cần thiết Sự linh hoạt và chính xác của bộ điều khiển ESC 30A làm cho nó trở thành một thành phần quan trọng trong việc kiểm soát và ôn định tốc độ của động cơ Bằng cách điều chỉnh tốc độ quay, người dùng có thê thay đôi hướng di chuyển và thực hiện các thao tác khác một cách đễ dàng và

có độ tin cậy cao

47

Hình 2 5 Bộ điều khiển ESC 30A

Điện áp hoạt động từ 2S đến 4S (tương đương với 7.4V đến

Động cơ không chối than

Động cơ không chi than là một loại động cơ điện pho biến và được sử dụng rộng rai trong nhiéu ứng dụng, từ các thiết bị điện tử nhỏ gọn cho đến xe điện và máy bay

không người lái Nguyên lý hoạt động của động cơ không chối than dựa trên nguyên lý

cơ điện từ Động cơ không chỗi than bao gồm hai thành phần chính là rotor và stator Rotor là phần quay và được gắn các dây cuộn trên mặt bên trong Stator là phần cô định

và chứa cụm nam châm Khi dòng điện được đưa vào các dây cuộn trên rotor thông qua

hệ thống điều khiển điện tử, nó tạo ra một trường từ xung quanh các đây cuộn Trường từ

tạo ra bởi dòng điện trên rotor tương tác với trường từ của cụm nam châm trên stator Sự

tương tác này tạo ra một lực quay đây, gây ra sự quay của rotor Động cơ không chôi than

nỗi tiếng với độ chính xác và hiệu suất cao, và nó được điều khiến bởi hệ thông điều khiển điện tử để đảm bảo quay đúng theo ý muốn Sự ôn định và độ chính xác của động

cơ không chôi than khiến nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho nhiều ứng dụng Từ việc

cung câp sự vận hành mượt mà và êm ái cho các thiệt bị điện tử nhỏ gọn, cho đến cung

cấp công suất và hiệu suất cao cho xe điện và máy bay không người lái, động cơ không chối than đã chứng minh được khả năng của nó trong nhiều lĩnh vực

đường kính và bước Trong thực tế kỹ thuật, chân vịt của cảnh quạt được mô tả bằng một

số nhận đạng gồm bốn chữ số Hai chữ số đầu tiên xác định đường kính của cánh quạt,

được đo bằng inch, trong khi hai chữ số tiếp theo xác định bước của cánh quạt, cũng

được đo bằng inch Cao độ của cánh quạt là một thước đo cho hành trình về phía trước

theo lý thuyết của cánh quạt trong một chu kỳ quay, giả sử không có mắt năng lượng do

trượt Bước chân vịt được sử dụng đề lựa chọn một chân vịt phù hợp cho một ứng dụng

cụ thể dựa trên lực đây và phạm vi RPM mong muốn Một thông số quan trọng khác định nét đặc trưng cho mỗi chân vịt là số lượng cánh quạt Thị trường cung cấp các cánh quạt

49

tiêu chuân với hai hoặc ba cánh Cánh quạt hai cánh hoạt động hiệu quả hơn, nhưng tạo

ra lực đây ít hơn so với cánh quạt ba cánh Vật liệu sử dụng để sản xuất cánh quạt cũng

ảnh hưởng đến phản ứng động của chúng Trong các lựa chọn phổ biến, nhựa, gỗ và sợi carbon được sử dụng đề làm cánh quạt Cánh quạt nhựa rất phổ biến, tuy nhiên chúng đễ

bị rung lắc nghiêm trọng và đễ vỡ Cánh quạt làm từ gỗ có trọng lượng lớn và cứng,

nhưng phản ứng kém hơn khi có sự thay đổi về tốc độ Trái lại, cánh quạt bằng soi carbon được coi là lựa chọn tốt nhất

Hình 2 7 Cánh quạt(8x6)

Kí hiệu "8x6" đề cập đến kích thước của cánh quạt Trong trường hợp "8x6", con

số đầu tiên (8) đại diện cho đường kính của cánh quạt, trong đơn vị inch Điều này có nghĩa là đường kính của cánh quạt là 8 inch Con số thứ hai (6) đại điện cho góc nghiêng

của cánh quạt

Sơ đồ mạch điện

Trong thiết kế mạch điện, chúng ta sẽ sử đụng Arduino Uno R3, 4 động cơ không

chéi than, 4 ESC 30A va 1 cam biến MPU 6050 Dưới đây là sơ đồ mạch điện và mô tả

vai trò của từng chân:

Chân SDA của MPU 6050 được kết nối đến chân A4 (SDA) của Arduino Uno

R3 Dây là chân đữ liệu cho giao tiếp I2C giữa MPU 6050 và Arduino Uno R3 Chân

SCL của MPU 6050 được kết nối đến chân A5 (SCL) của Arduino Uno R3

ESC 30A (1 đến 4):

Chân âm của ESC được kết nỗi đến chân âm của nguồn Điều nảy tạo một mạch đất chung cho các ESC Chân đương của ESC được kết nối đến chân đương của nguồn 12VI10A Điều này cung cấp nguồn điện cho ESC đề điều khiển động cơ Chân GND của ESC được kết nối đến chân GND của Arduino Uno R3 Điều này giúp định mức đất của các thành phần được đồng nhất Chân Signal của mdi ESC được kết nối đến một chân trên Arduino Uno R3, ví dụ như chân 3, 5, 6 và 9 Điều này cho phép Ardưino điều khiển tốc độ và hướng quay của các động cơ thông qua các tín hiệu điều khiển

Động cơ không chỗi than (1 đến 4):

Đầu ra điện của mỗi ESC được kết nỗi đến một đầu của mỗi động cơ Điều này

cung cấp nguồn điện và điều khiển quay cho từng động cơ Hai chân U và W cùng của mỗi động cơ không chối than thể hiện chiều quay của động cơ Chân V của mỗi động cơ cung câp nguồn điện ôn định cho động cơ

Chuyén động cuộn: Mô-men xoắn quanh trục x được mô hình hóa tức là mô-men

xoăn Bây giờ r

(cảnh tay đòn) là khoảng cách của các lực riêng lẻ từ trục x

¬—

Vì các rô-to 1 va 3 duge dat doc theo trục x của thân nên cánh tay đòn của chúng

bằng 0 và chúng không đóng góp vào mô-men lăn như thê hiện trong hình 2

r =r, =0

Cánh tay đòn của rôto 2 là dương vì nó sẽ tạo ra mômen dương (ngược chiều kim đồng hỏ), trong khi cánh tay đòn của rôto 4 là âm vì nó sẽ có xu hướng quay hệ thống theo chiều kim đồng hồ và theo quy ước mômen quay theo chiều kim đồng hồ được coi là

Do đó, khi rô-to 4 tác dụng lực, nó có xu hướng quay hệ thông quanh trục x ngược với độ cong của các ngón tay (hình 2), do đó, sử dụng quy tắc bàn tay phải (RHR), phần đóng góp mô-men xoắn của nó trong trục x là âm Tương tự, rô-to 2 tạo ra mô-men xoắn dương quanh trục x theo RHR

Pitch Motion: Mô-men xoắn quanh trục y được mô hình hóa như ty tức là thời

điểm ném bóng Bây giờ r (cánh tay đòn) là khoảng cách của các lực riêng lẻ tạo thành trục y Sử dụng phương trình 1, chung ta có:

kháng này được mô hình hóa là Q Hiện tượng lệch hướng được thực hiện do sự mắt cân

bằng vòng/phút của rô-to giữa các cánh quạt quay theo chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ Mô-men xoắn phản kháng theo quy ước được lấy dương đối với động cơ/rô-to quay ngược chiều kim đồng hỗ và âm đối với động cơ/rô-to quay theo chiều kim đồng hỗ Tất cả bồn cánh quạt đóng góp trong thời điểm ngáp

54 Trong do 'c' trong Céng thite 7 la hé 36 tỷ lệ lực đến thời điểm đối với bộ động cơ-

cánh quạt cô định & có thê được tính toán bằng thực nghiệm [I]

Như vậy, từ phương trình 10 & 11, phương trình 9 trở thành:

Biểu diễn không gian trạng thai

Biểu diễn không gian trạng thái là một mô hình toán học của một hệ thong vat ly

dưới dạng một tập hợp các biến đầu vào, đầu ra và trạng thái được liên kết bởi các phương trình vi phân cấp một "Không gian trạng thái" đề cập đến không gian có trục là

các biến trạng thái Trạng thái của hệ thông có thê được biểu diễn đưới dạng một vectơ

trong không gian đó Biêu diễn không gian trạng thái chung nhất của một hệ thông tuyến tính với p đầu vào, q đầu ra và n biến trạng thái được viết đưới dạng sau

ir) = Ax) + Bul) (15)

\ (t)=CxŒ)+ 2u) (16)

Ở đâu,

x(t)

được gọi là 'Vectơ trạng thái

vữ) được gọi là 'Vectơ đầu ra'

u(t )được gọi là 'Vectơ đầu vào (hoặc điều khiển)!

4 là Ma trận hệ thong’

P là 'Ma trận đầu vào'

C là 'Ma trận đầu ra'

D là 'Ma trận chuyền tiếp nguồn cấp dữ liệu'

mm

Mô hình 3DOF QUADROTOR

Chúng tôi bắt đầu bằng cách chọn các trạng thái hệ thông Theo trực giác, và cũng như đã thấy trong [2] [3] & [4], sau trang thai sau day là đủ cho một máy photocopy quad 6 3DOF