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 QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG ISO 9001:2015 NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI, CHẾ TẠO MÔ HÌNH CĨ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHÒNG - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHỊNG 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 : Đồn Huy Hoàng Người hướng dẫn : Th.S Nguyễn Đoàn Phong HẢI PHÒNG - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Đoàn Huy Hoàng – MSV : 1512102045 Lớp : ĐC1901- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : Nghiên cứu thiết bị bay khơng 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 Quản lý Cơng Nghệ Hải Phịng Nội dung hướng dẫn : Tồn 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 tháng 07 năm 2019 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 30 tháng 09 năm 2019 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Đoàn Huy Hoàng Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Cán hướng dẫn Đ.T.T.N Th.S Nguyễn Đồn Phong Hải Phịng, ngày tháng năm 2019 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T.T.N mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu…) Ý kiến giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp Được bảo vệ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: Phần nhận xét giáo viên chấm phản biện Những mặt hạn chế Ý kiến giảng viên chấm phản biện Được bảo vệ Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên 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 xa.” hoàn thành thời gian quy định Qua em xin bày tỏ lịng biết ơn đến thầy giáo khoa Điện – Tự động công nghiệp trường Đại học Quản lý Cơng nghệ Hải Phịng, 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 2019 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 MỤC LỤC MỤC LỤC Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN BẢNG KÊ CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ MỘT SỐ KÝ HIỆU CHÍNH CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu đồ án Phương pháp nghiên cứu Mục tiêu CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ UAV 2.1 Khái quát lịch sử phát triển ứng dụng UAV 2.1.1 Lịch sử phát triển UAV 2.1.2 Vai trò khả ứng dụng UAV 2.2 Tình hình nghiên cứu phát triển UAV giới 10 2.2.1 Phát triển UAV số nước giới 10 2.2.2 Phân loại UAV 14 2.3 Tình hình nghiên cứu phát triển UAV nước ta 19 2.3.1 Phát triển máy bay mơ hình Việt Nam 19 2.3.2 Nghiên cứu phát triển UAV 21 CHƯƠNG 3: CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ CƠ HỌC BAY CỦA UAV 24 3.1 Các hệ tọa độ thường dùng 24 3.1.1 Hệ toạ độ mặt đất O0x0y0z0 24 3.1.2 Hệ trục toạ độ tốc độ Oxcyczc 24 3.1.3 Hệ trục toạ độ tốc độ thẳng đứng Oxyz 24 3.1.4 Hệ trục toạ độ liên kết Ox1y1z1 25 3.2 Các góc xác định trạng thái quỹ đạo bay 25 3.2.1 Góc α 26 3.2.2 Góc trượt cạnh β 26 3.2.3 Góc nghiêng quỹ đạo θ 27 m = 5600 kg H = 11000 m M= 0,8 a Khi chưa có nhiễu tác động =− 0.056 =− = -0.031 =− =− =− 2 = − = 1.668 + 0.031 = 1.699 = = =− = = 53 Hàm truyền hệ hở là: 0( )= ( 2.85∗10−3 (32.258 +1) = ( +1.699 +1.207) +2 0.092 +0.0029 = ( +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  ⇔1+ k p   ⇔1+.    p3 +1.699.p2      2 p +1.699p +1.207p+0.0029pkp+0.092p kp+0.0029ki+0.092pki+0.0029p kd+0.092p kd=0 (1+0.092kd).p +(1.699+0.092kp+0.0029kd).p +(1.207+0.0029kp+0.092ki)p+0.0029ki(**) 54 Đồng hệ số (*)và (**) ta được: 1+ 0.092.kD = 1.451  1.699 + 0.092k p  1.207 + 0.0029k  81.19  21.03  4.9  Nhận xét: - Từ việc sử dụng công 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= =− =− =− = 1.156 = = =− Hàm truyền hệ hở là: 5 −3 ∗1.207∗(32.258 +1) ( ) = 2.36 10 = 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  =− = 2.933p +7.337p +3.6545p+0.0719= (1) 56 Phương trình đặc tính hệ kín: 1+Gc(p).G(p)=0  k i ⇔1+ k p +  ( pk p p + ki ⇔1+.    p3 p +1.665.p2     2  3 1+ 0.092.kD = 2.933  1.665 + 0.092k  1.207 + 0.0029k  (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:  p +1.665p +1.207p+0.0029pkp+0.092p kp+0.0029ki+0.092pki+0.0029p kd+0.092p kd=0 57 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 q độ ta sử dụng cơng 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 58 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 cịn hạn hẹp nên q trình thực cịn mặt hạn chế như: - Khơng sâu vào tất chuyển động nên nghiên cứu phần nhỏ chuyển động (chuyển động dọc) - Chỉ tổng hợp điều khiển thuật toán điều khiển tuyến tính hóa phương trình chuyển động 59 PHỤ LỤC Bảng P1: Các tham số khí động máy bay MiG-21Bis Lực đẩy P,N 30000 Số M Hệ số tính lực cản cảm ứng A Hệ số lực cản Cx0 Đạo hàm hệ số lực nâng theo góc α CY Đạo hàm hệ số mô men chúc ngóc theo góc mz α Đạo hàm hệ số mơ men chúc ngóc theo ωzm ωz z Đạo hàm hệ số mơ men chúc ngóc theo góc cánh lái lên δLx xuống mz Đạo hàm hệ số mô men dọc theo ωx mx ωx 60 Đạo hàm hệ số mô men dọc theo ωy ωy mx Đạo hàm hệ số mô men dọc theo δH cánh lái hướng mx Đạo hàm hệ số mô men dọc theo δL cánh lái liệng mx Đạo hàm hệ số mô men dọc theo β góc trượt cạnh mx Đạo hàm hệ số mơ men hướng theo ωy ωy my Đạo hàm hệ số momen hướng theo β góc trượt cạnh my Đạo hàm hệ số moomen hướng theo góc cánh lái δH hướng my Đạo hàm hệ số lực cạnh theo góc δH cánh lái hướng Cz Đạo hàm hệ số lực cạnh theo góc β trượt cạnh Cz 61 Bảng P3: Các tham số nội suy theo độ cao H Độ cao H ,mét 100 1000 2000 3000 4000 5000 6500 8000 9500 11000 13000 15000 17000 20000 25000 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 Hịe, Bài giảng Khí động lực học bay, Học viện phịng khơng khơng qn- Khoa Kỹ thuật hàng không 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 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG ISO 9001:2008 NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ BAY KHƠNG NGƯỜI LÁI, CHẾ TẠO MƠ HÌNH CÓ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC... Lớp : ĐC1901- 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... 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