Nghiên cứu thiết bị bay không người lái, chế tạo mô hình có điều khiển từ xa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ BAY KHƠNG NGƯỜI LÁI, CHẾ TẠO MƠ HÌNH CĨ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHỊNG - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ BAY KHƠNG NGƯỜI LÁI, CHẾ TẠO MƠ HÌNH CĨ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP Sinh viên : Nguyễn Thế Mạnh Người hướng dẫn : Th.S Nguyễn Đồn Phong HẢI PHỊNG - 2018 Cộng hồ xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Nguyễn Thế Mạnh – MSV : 1412102075 Lớp : ĐC1802- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : Nghiên cứu thiết bị bay không người lái, chế tạo mơ hình có điều khiển từ xa NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp : CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : Nguyễn Đoàn Phong Học hàm, học vị : Thạc sĩ Cơ quan công tác : Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Nội dung hướng dẫn : Toàn đề tài Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Đề tài tốt nghiệp giao ngày 13tháng 08 năm 2018 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 02 tháng 11 năm 2018 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Cán hướng dẫn Đ.T.T.N Nguyễn Thế Mạnh Th.S Nguyễn Đồn Phong Hải Phòng, ngày tháng năm 2018 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1.Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng Đ.T.T.N ( so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T.T.N, mặt lý luận thực tiễn, tính tốn giá trị sử dụng, chất lượng vẽ ) Cho điểm cán hướng dẫn ( Điểm ghi số chữ) Ngày……tháng…….năm 2018 Cán hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp mặt thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính tốn chất lượng thuyết minh vẽ, giá trị lý luận thực tiễn đề tài Cho điểm cán chấm phản biện ( Điểm ghi số chữ) Ngày……tháng…….năm 2018 Người chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Sau thời gian ba tháng thực hiện, đồ án tốt nghiệp em với đề tài: “Nghiên cứu thiết bị bay khơng người lái, chế tạo mơ hình có điều khiển từ xa.” hoàn thành thời gian quy định Qua em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy cô giáo khoa Điện – Tự động cơng nghiệp trường Đại học dân lập Hải Phòng, người truyền thụ tri thức, kỹ năng, kinh nghiệm cho em suốt bốn năm học vừa qua Đó tảng cho việc thực đồ án tốt nghiệp Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn – thầy Nguyễn Đồn Phong, thầy ln theo dõi, dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện tốt để em hoàn thành đồ án Trong thời gian thực đồ án, em phải khó khăn sai xót, thầy ln có phát gợi ý cho em tìm phương pháp khắc phục hồn thiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày…tháng…năm 2018 Sinh viên thực LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan nội dung trình bày đồ án tốt nghiệp kết nghiên cứu thân Nội dung đồ án chúng em có tham khảo sử dụng tài liệu, thơng tin đăng tải tạp chí, Webside theo danh mục tài liệu tham khảo đồ án phần cuối � (� � � +1 ) 36 ∗10−3 (32 58 �+ )∗1 207 �� � �0 (��) = 2 (�2 +1.699�+1,207)� (� � ��+� )� = +2� −3  = 85 ∗10 (32 25 �+1 ) (�2 +1.699�+1.207)� = 0.092�+0.0029 (�2 +1.699�+1.207)� Sử dụng phương pháp cho trước điểm cực, ta gán ba nghiệm cực cho hệ thống: p1=-5.94, p2=-0.019, p3=-0.371 Phương trình đặc tính mong muốn: (p-p1).(p-p2).(p-p3)=0  (p + 5.94).( p + 0.019).(p+0.371)=0  p3+6.324p2+2.318p+0.04=0 1.451p3+9.183p2+3.368p+0.061=0 Phương trình đặc tính hệ kín: 1+Gc(p).G(p)=0  k 1 p  k i  k p p 0.092  D p (*) 0.0029  p  1.699 p  1.207 0   ( pk p  k i  k d p )(0.0029  0.092 p)     0 p  1.699 p  1.207 p  p 1.699 p 1.207 p  0.0029 pk  0.092 p  0.0029k  0.092 pk p ipk  3 p 1.699 p 1.207 p  2  0.0029 p  0.092 p k  ik d d 0 p +1.699p +1.207p+0.0029pkp+0.092p kp+0.0029ki+0.092pki+0.0029p kd+0.092p kd= (1+0.092kd).p +(1.699+0.092kp+0.0029kd).p +(1.207+0.0029kp+0.092ki)p+0.0029ki(* *) Đồng hệ số (*)và (**) ta được: 1  0.092.k  1.451 k p  81.19 D    9.183    21.03 1.699  0.092k p  0.0029kd ki  1.207  0.0029k  0.092k  3.368 p i k D  4.9  Nhận xét: - Từ việc sử dụng cơng cụ tối ưu hóa để tối ưu {hệ thống ta thu được:kp=132.24, ki=51.07, kd=22.59 - Thời gian độ giảm khoảng 2.8s - Độ điều chỉnh 18% b Khi có ảnh hưởng nhiễu gió theo hàm bậc thang W={ ���� >0 � s � =− =− (�) + �� � 26 315 ∗(23 � �2 + � (�) + �� +5 )∗ 23 + 30000 5600 ∗5)(236 + =− �� ��  � (� + � ) � − � co 0.056 � �ℎ� � ≤ �ℎ� � � �  =� − ��  � (� +� ) =− � �� � −0.05 315 2∗( 236 +5 )∗ 23 ∗7 =− = 1.156 6200 = −0.031 �� �� �� � �� = �− �� = − � � � (� �� � +� ) � �� � � −2.4 236 + =− 135 ∗2( ) 236 +5 62000 23 ∗ 7.1 = 1.634 � � �� � �� = ��� � �� � +� =− �� � (� ) � − �� � 0.13 52 ∗(23 −0.0055 23 ∗ 7.1 =− +5 ) = 0.127 6200 2�� ��� = � ����� − ��� = 1.634 + 0.031 = 1.665 ��  ��  = ���� − ��� ���� = 1.156 + 0.031 ∗ 1.634 = 1.207 �� = �� � �� �  − �  665 = √1.207 = 0.756 � √���� − ��� ���� � 1 �� = − � = = 32.258 �� 0.031 � �� �� = � �� � = �� �� � �� ��  � 127 = = 1.207 015 32.258 = 0.015 = 2.36.10−3 Hàm truyền hệ hở là: �0 (��) = 2.36 10−3 ∗1.207∗(32.258�+1 ) (�2 +1.665�+1.207)� = 2.85∗10−3 (32.258�+1) (�2 +1.665�+1.207)� Sử dụng phương pháp cho trước điểm cực, ta gán ba nghiệm cực cho hệ thống: p1=-0.02, p2=-1.824, p3=-0.657 =>Phương trình đặc tính mong muốn:` (p-p1).(p-p2).(p-p3)=0  (p + 0.02).( p + 1.824).(p+0.657)=0  p3+2.4962p2+1.25p+0.0243=0 2.933p3+7.337p2+3.6545p+0.0719=0 (1) Phương trình đặc tính hệ kín: 1+Gc(p).G(p)=0  k 1 p  k p i  k p p D 0.092  0.0029  p  1.665 p  1.207 0   ( pk p  k i  k d p )(0.0029  0.092 p)     0 p  1.665 p  1.207 p  p 1.665 p 1.207 p  0.0029 pk  0.092 p  0.0029k  0.092 pk ppk i  3 p 1.665 p 1.207 p  2  0.0029 p  0.092 p k  ik d d 0 p +1.665p +1.207p+0.0029pkp+0.092p kp+0.0029ki+0.092pki+0.0029p kd+0.092p kd =0 (1+0.092kd).p +(1.665+0.092kp+0.092kd).p +(1.207+0.0029kp+0.092ki)p+0.0029ki=0 (2) Đồng hệ số (1)và (2) ta được: 1  0.092.k  2.933 k p  60.99 D   7.337   ki  24.79 1.665  0.092k p   0.0029kd  1.207  0.0029k  0.092k  3.36645 p i k D  21.01  Nhận xét : - Khi có điều khiển, góc chúc ngóc ổn định giá trị đặt - Thời gian độ khoảng 5s - Độ điều chỉnh nhỏ Từ đặc tính độ ta sử dụng công cụ Check Step Response Characteristics Simulink để tối ưu hoá hệ thống Nhận xét: - Từ việc sử dụng công cụ tối ưu hóa để tối ưu hệ thống ta thu được: kp=77.22, ki=52.72, kd=29.17 - Thời gian độ giảm 2s - Độ điều chỉnh nhỏ - Tín hiệu đáp ứng tốt so với yêu cầu KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau thời gian nghiên cứu thực đồ án, chúng em thu nhiều kiến thức lịch sử phát triển, ứng dụng UAV lĩnh vực nước giới kiến thức học bay, yếu tố ảnh hưởng đến trình bay việc tổng hợp điều khiển cho UAV Cụ thể: - Tìm hiểu lịch sử phát triển UAV - Ứng dụng cách phân loại UAV - Các hệ phương trình chuyển động UAV - Các yếu tố ảnh hưởng đến trình bay - Mơ hình hóa mơ chuyển động yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động UAV - Tổng hợp tối ưu điều khiển ổn định góc chúc ngóc Do thời gian kiến thức hạn hẹp nên q trình thực mặt hạn chế như: - Không sâu vào tất chuyển động nên nghiên cứu phần nhỏ chuyển động (chuyển động dọc) - Chỉ tổng hợp điều khiển thuật tốn điều khiển tuyến tính hóa phương trình chuyển động PHỤ LỤC Bảng P1: Các tham số khí động máy bay MiG-21Bis L K DD ự h i â c ố ệ y i n c đ u ẩ lư t n yợ í g n P k g5 c2 S M M M ả ô ô ô i m m m e e e cá n n n n qq q h H ệ s ố đ o L, u u u h 6 , Bảng P2 : Các tham số nội suy theo số M Số M Hệ số tín hHệ số Đạ o hà m củ Đạ o hà m củ a Đ 0 1 2 0 0 0 0 2 2 2 4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.3 0.0 0.0 17 17 18 22 39 36 35 32 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 53 53 56 6 55 48 38 - - - - - - - - 0.0 0.0 0.0 0.5 0.0 0.1 0.2 0.2 0.2 5 5 5 - - - - - - - - 2.2 2.3 2.4 2.9 3.5 3.2 2.8 2.7 2.6 o Đạ o hà m củ a hệ Đ o - - - - - - - - - 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 05 05 05 04 03 02 02 02 01 5 5 - - - - - - - - 0.2 0.2 0.2 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 Đạ o hà m củ Đ - - - - - - - - 0.1 0,1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 23 34 15 - - - - - - - - - 00 04 5- 00 05 - 00 04 - 00 03 5- 00 03 - 00 02 5- 00 02 - 00 02 - 00 00 00 o 14 14 14 Đạ -.0 -.0 5-.0 o 00 00 00 hà 8 m củ Đ - - -.0 0.5 0.5 55 00 13 5-.0 01 00 12 -.0 01 00 -.0 01 00 07 -.0 01 00 06 -.0 00 00 05 -.0 00 00 o 04 Đ 5ạ - - - - - 0.6 0.7 0.8 0.6 0.5 0.4 o h Đ -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 02 02 02 03 03 03 02 01 01 7 o Đ -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 01 01 01 01 01 01 00 00 00 o 5 h m Đ -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 02 02 02 01 01 01 00 00 00 8 o Đạ -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 -.0 o 12 13 14 15 16 17 16 15 14 hà m củ 61 Bảng P3: Các tham số nội suy theo độ cao H ĐM T ca ố ật 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đức Cương (2002), Mơ hình hóa mơ chuyển động khí cụ bay tự động, Sách chuyên khảo Trung tâm Khoa học Kỹ thuật – Công nghệ quân sự, NXB Quân đội nhân dân, Hà Nội Nguyễn Đức Cương (2015), thiết bị bay có điều khiển tên lửa hành trình đối hải, Sách chuyên khảo Viện Khoa học công nghệ quân sự, NXB Quân đội nhân dân, Hà Nội Vũ Ngọc Hòe, Bài giảng Khí động lực học bay, Học viện phòng khơng khơng qnKhoa Kỹ thuật hàng khơng Phạm Công Ngô (2001), Lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất khoa học kĩ thuật Nguyễn Phùng Quang, MATLAB & SIMULINK dành cho kĩ sư điều khiển tự động, Nhà xuất khoa học kĩ thuật Các Website: http://tailieu.vn http://luanvan.net.vn http://codientu.org 63 ... Lớp : ĐC1802- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : Nghiên cứu thiết bị bay không người lái, chế tạo mơ hình có điều khiển từ xa NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài... 2018 Người chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Sau thời gian ba tháng thực hiện, đồ án tốt nghiệp em với đề tài: Nghiên cứu thiết bị bay không người lái, chế tạo mơ hình có điều khiển từ. ..BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ BAY KHƠNG NGƯỜI LÁI, CHẾ TẠO MƠ HÌNH CĨ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH