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

Máy bay không người lái (UAV) là một trong những loại khí cụ bay không người lái có điều khiển. Từ khi ra đời đến nay UAV ngày càng được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực: chụp ảnh trên không, giám sát trên bộ, trên biển, chống buôn lậu, kiểm soát môi trường, bảo vệ rừng, thăm dò địa chất, dịch vụ nông – ngư nghiệp. Tuy nhiên UAV được sử dụng nhiều nhất trong lĩnh vực an ninh quốc phòng. Trong quân sự UAV được sử dụng để thực hiện nhiệm vụ trinh sát, chụp ảnh, giám sát chiến trường, chỉ thị mục tiêu... Hơn nữa do đặc điểm có kích thước nhỏ, khó bị phát hiện nên UAV dễ dàng xâm nhập không phận đối tượng để trinh sát và gửi ảnh về trung tâm tạo điều kiện cho lực lượng tiến công có thể có được những hình ảnh chính xác về mục tiêu trong thời gian thực. Do đó việc nghiên cứu tổng hợp hệ thống tự động điều khiển UAV trong điều kiện có tác động của gió, nhiễu động khí quyển,có khả năng đáp ứng được các yêu cầu chiến thuật về khả năng cơ động nhanh trong các nhiệm vụ cụ thể hoặc các tình huống phức tạp là rất cần thiết.

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 Sinh viên Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Cán hướng dẫn Đ.T.T.N Nguyễn Thế Mạnh Th.S Nguyễn Đồn Phong Hải Phịng, 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 không người lái, chế tạo mơ hình có điều khiển từ xa.” hồn 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 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 hoàn 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, thông tin đăng tải tạp chí, Webside theo danh mục tài liệu tham khảo đồ án phần cuối MỤC LỤC MỤC LỤC 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 Oxc yczc 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 ngang có dạng: Wxo= Wo cosw cosΨw , Wyo= Wo sinw =0 , Wzo= Wo cosw sinΨw Khi trường gió biến đổi điều hịa theo thời gian khơng gian có biên độ Wo = const Các hình chiếu vectơ tốc độ gió xuống mặt phẳng ngang có dạng: Wx0 = W0sin( Wy0 = W0sin( Wz0 = W0sin( 2𝜋𝑥0 𝐿𝑥 2𝜋𝑦0 )sin( 2𝜋𝑥0 𝐿𝑥 2𝜋𝑥0 𝐿𝑥 𝐿𝑦 )sin( + φxy)sin( + φxz)sin( 2𝜋𝑧0 𝐿𝑧 2𝜋𝑦0 𝐿𝑦 2𝜋𝑦0 𝐿𝑦 )sin( 2𝜋𝑡 𝑇𝑤 + φyy)sin( + φyz)sin( ) 2𝜋𝑧0 𝐿𝑧 2𝜋𝑧0 𝐿𝑧 + φzy)sin( 2𝜋𝑡 𝑇𝑤 2𝜋𝑡 + φzz)sin( 𝑇𝑤 + φty) + φtz) Với W0 – biên độ gió, thông thường từ vài m/s đến vài chục m/s, Lx, Ly, Lz – quy mô nhiễu động thông thường vào khoảng 10 đến 104 m tùy theo địa hình bay , độ cao bay thời tiết, φxy.φyy – độ lệch pha tương ứng theo chiều , T w – chu kỳ thay đổi gió thơng thường Tw = 10 103 giây tùy thuộc theo địa hình, độ cao bay thời tiết Trường hợp biến đổi ngẫu nhiên ta tổng hợp từ trường gió cho tham số Wo,Lx,Ly,Lz, φxy, φyy thay đổi ngẫu nhiên theo hàm phân bố đó, thơng thường hàm phân bố Gauss Thông thường quy mô L nhiễu động có kích thước lớn nhiều so với kích thước thân UAV, có nghĩa thời điểm định ta xét ảnh hưởng nhiễu động khí trường gió đồng tác động lên tất phần tử UAV Đối với UAV, loại trừ trường hợp có gió bão lớn mưa cịn trường hợp khác giả tiết biên độ W0 trường gió nhỏ nhiều so với tốc độ chuyển động UAV tức W0 𝑉𝑘 >>1 5.3 Hàm truyền từ cánh lái độ cao đến góc điều khiển −𝛿 Hàm truyền góc chúc ngóc xác định bởi: −𝛿 ∆ 𝑐 (𝑝) −𝛿 𝑊𝜗 𝑐 (𝑝)= 𝜗 ( ) ∆ 𝑝 ∆𝜗 𝑐 (p) xác định từ phương trình đầu hệ phương trình (I) ta thay vế phải vào cột ∆α(p) vế trái: 𝑝 𝑎𝑦𝛼 −𝛿𝑐 𝛿𝑐 𝛼 𝛿 𝛼 ∆𝜗 (p) = [ 𝑎𝑚 𝑎𝑚𝑐 ] = 𝑎𝑚𝑧 (p - 𝑎𝑦 ) 𝑧 −1 −𝛿 𝑊𝜗 𝑐 (𝑝) = 𝛿 −1 −𝛿 ∆𝜗 𝑐 (𝑝) ∆(𝑝) 𝑧 𝛿 = (𝑝2 𝛼) 𝑎𝑚𝑐𝑧 (𝑝−𝑎𝑦 )𝑝 +2𝜀𝛼 𝜔𝛼 𝑝+𝜔𝛼 𝛿 Đặt: 𝑎𝑚𝑐𝑧 = 𝑘𝛼𝑐 𝜔𝛼2 𝑇𝜃 = - 𝛼 𝑎𝑦 49 𝛿 Suy hệ số truyền từ cánh lái δc đến góc chúc ngóc 𝜗 là: 𝑘𝜗𝑐 = 𝛿 𝑘𝛼𝑐 𝑇𝜃 Khi ta hàm truyền từ cánh lái δc đến góc chúc ngóc 𝜗 sau: −𝛿 𝑊𝜗 𝑐 (𝑝) 𝛿 𝑘𝜗𝑐 (𝑇𝜃 𝑝+1) 𝜔𝛼 = (𝑝2 )𝑝 +2𝜀𝛼 𝜔𝛼 𝑝+𝜔𝛼 Thực tương tự, ta hàm truyền từ δc đến góc α, hàm truyền đốivới góc nghiêng quỹ đạo θ, độ cao H sau: −𝛿𝑐 𝛿 𝑊𝛼 (𝑝) = ∆θ = ∆𝛼 𝑇𝜃 𝑝 = 𝑘𝛼𝑐 𝜔𝛼 2) (𝑝2 +2𝜀𝛼 𝜔𝛼 𝑝+𝜔𝛼 ∆𝜗 𝑇𝜃 𝑝+1 𝑉 ∆H = ∆θ 𝑝 Từ kết ta dễ dàng lập sơ đồ cấu trúc từ cánh lái lên xuống đến độ cao thơng qua góc chúc ngóc góc 𝛿 Tín hiệu –∆ δc đưa qua khâu qua khâu tích phân 𝑝 (𝑇 𝑝+1) 𝑘𝜗𝑐 𝜔𝛼 𝜃 𝑝2 +2𝜀𝛼 𝜔𝛼 𝑝+𝜔𝛼 cho tín hiệu ω z, tiếp tục cho ∆𝜗, tín hiệu ∆𝜗 tiếp tục cho qua khâu quán tính 𝑇𝜃 𝑝+1 𝑉 ∆θ, tín hiệu qua khâu tích phân cho tín hiệu ∆H 𝑝 5.4 Bộ tự động điều chỉnh điều khiển – cấu trợ dẫn Các đặc tính ổn định điều khiển chuyển động UAV thay đổi theo độ cao tốc độ bay Qua thiết kế thực nghiệm cho thấy: thay đổi kết cấu khí động UAV khơng thể tạo UAV vượt âm có đặc tính ổn định điều khiển tốt cho chế độ bay khác Sự đời thiết bị tự động hệ thống điều khiển tự động góp phần đảm bảo đặc tính ổn định điều khiển mong muốn, đồng thời đơn giản hóa kỹ thuật lái chế độ bay, nâng cao độ an toàn bay, cho phép phát huy hết tính kỹ thuật chiến thuật UAV Thông thường người ta dùng tự động điều khiển điều chỉnh, tự động ổn định để thực mục tiêu 5.4.1 Bộ tự động điều chỉnh điều khiển Công dụng tự động điều chỉnh điều khiển trì tỉ số gia số tải đứng gia số lực tác động vào cần lái số độ cao tốc độ 𝐾𝑛𝐹𝑦 = ∆𝑛𝑦 ∆𝐹 = const 50 Để điều khiển UAV, người ta sử dụng phương pháp truyền tác động điều khiển từ cần lái đến cánh lái.Có thể điều khiển trực tiếp không qua cấu trợ dẫn gián tiếp qua cấu trợ dẫn Để giữ hệ số truyền không đổi, người ta sử dụng cấu điều chỉnh điều khiển lắp từ cần lái đến xilanh Cơ cấu điều chỉnh điều khiển thay đổi hệ số truyền theo quy luật: - Vùng I ứng với chế độ cất hạ cánh, Kđc = const có giá trị lớn - Vùng II động áp tăng, Kđc giảm dần - Vùng III ứng với động áp tác động lớn, cần dịch chuyển cần lái nhỏ làm thay đổi tải đứng lớn nên Kđc = const nhỏ 5.4.2 Cơ cấu trợ dẫn Cơ cấu trợ dẫn cấu chấp hành hệ thống điều khiển tự động có chức năng: cộng tín hiệu điều khiển (tín hiệu điều khiển tín hiệu phản hồi) khuếch đại tín hiệu để có cơng suất đủ lớn để điều khiển cánh lái Cơ cấu trợ dẫn gồm phần: khuếch đại, máy lái mạch phản hồi Bộ khuếch đại gồm có tầng khuếch đại từ ( vừa khuếch đại vừa cộng tín hiệu) tầng khuếch đại cơng suất (có nhiệm vụ khuếch đại công suất tạo chiều quay động máy lái, khuếch đại role) Mạch phản hồi thông thường mạch phản hồi ngược cứng, để khử tín hiệu đầu vào, nghĩa vị trí cánh lái dừng lại vị trí tương ứng với tín hiệu đầu vào Phản hồi ngược cúng có tín hiệu phản hồi tỉ lệ với tín hiệu đầu ra.Phản hồi ngược tốc độ lấy đạo hàm tín hiệu đầu làm tín hiệu phản hồi Phản hồi ngược có hàm truyền tín hiệu phản hồi sau: Wph(p) = 𝑇𝑝 𝑇𝑝+1 Cơ cấu trợ dẫn điện có hàm truyền: WTD(p) = ( 𝐾𝑇𝐷 𝑇𝑇𝐷 𝑝+1)𝑝 Hàm truyền cấu trợ dẫn điện có khâu phản hồi ngược cứng có dạng: ∅𝑇𝐷 (𝑝) = ′ 𝐾𝑇𝐷 ′ ) 𝑝2 +2(𝜀 ′ (𝑇𝑇𝐷 𝑇𝐷 𝑇𝑇𝐷 )𝑝+1 ′ với 𝐾𝑇𝐷 = 𝐾𝑝ℎ𝑎𝑛 ℎ𝑜𝑖 ′ Vì số thời gian 𝑇𝑇𝐷 thông thường nhỏ 𝐾𝑝ℎ𝑎𝑛 ℎ𝑜𝑖 = hàm truyền cấu trợ dẫn điện có phản hồi ngược cứng ∅𝑇𝐷 (𝑝) = 5.5 Mạch vịng ổn định góc chúc ngóc Mạch vịng dùng để ổn định vị trí điều chỉnh góc UAV gọi mạch vịng ổn định góc.Nhiệm vụ mạch vịng ổn định góc nhằm đảm bảo chất lượng động học trình điều khiển quỹ đạo bay (quá trình, số lần dao động, sai số tĩnh, sai số động) 51 Việc ổn định điều khiển vị trí góc góc nghiêng, góc chúc ngóc, góc lệch hướng.Thơng thường kênh lái hướng dùng để khử góc trượt cạnh β giá trị khơng, mạch vịng tương ứng gọi mạch vịng ổn định góc trượt β Trong phạm vi đồ án này, mạch vịng điều chỉnh góc chúc ngóc trình bày chi tiết 5.5.1 Xây dựng mạch vịng điều khiển ổn định góc chúc ngóc Để xây dựng sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều khiển ổn định góc chúc ngóc, ta sử dụng hàm truyền khâu mạch vòng điều khiển là: - Hàm truyền cấu trợ dẫn có phản hồi ngược cứng: ∅𝑇𝐷 (𝑝) = - Hàm truyền máy bay từ cánh lái δc đến góc chúc ngóc 𝜗: −𝛿𝑐 𝑊𝜗 𝛿 (𝑝) = 𝑘𝜗𝑐 (𝑇𝜃 +1) 𝜔𝛼 )𝑝 (𝑝2 +2𝜀𝛼 𝜔𝛼 𝑝+𝜔𝛼 Sơ đồ cấu trúc ổn định góc chúc ngóc cho trước thể hình vẽ sau: Hình Sơ đồ cấu trúc mạch vịng điều khiển ổn định góc chúc ngóc Hàm truyền hệ hở: 𝐹0 (𝑝) = ∅𝑇𝐷 (𝑝) −𝛿 𝑊𝜗 𝑐 (𝑝) 𝛿 =1 𝑘𝜗𝑐 (𝑇𝜃 𝑝+1)𝜔𝛼 )𝑝 (𝑝2 +2𝜀𝛼 𝜔𝛼 𝑝+𝜔𝛼 𝛿 𝑘𝜗𝑐 (𝑇𝜃 𝑝+1)𝜔𝛼 = (𝑝2 )𝑝 +2𝜀𝛼 𝜔𝛼 𝑝+𝜔𝛼 5.5.2 Lựa chọn, tính tốn thơng số hàm truyền điều khiển Bộ thông số lựa chọn tra bảng: S = 23 𝑚2 𝑚𝑧𝛼 = − 0,05 𝐽𝑧 = 62 000 𝑁𝑚2 𝑚𝑧𝛿𝑐 = −0,0055 l = 7,1 m 𝑚𝑧𝜔𝑧 = −2,4 P = 30 000 N 𝛿 𝐶𝑦 𝑐 = 0,017 52 𝜌 = 0,315 𝑘𝑔/𝑚2 a = 295m/s V = M.a = 0,8.295 = 236 m/s m = 5600 kg H = 11000 m M= 0,8 𝐶𝑦𝛼 = 0,056 a Khi chưa có nhiễu tác động 𝑎𝑦𝛼 = − =− 𝐶𝑦𝛼 𝑌 − 𝑃 cos 𝛼 =− 𝑚𝑉 0.056 0.315 ∗2362 ∗ 23 𝜌𝑉 2 𝑆+𝑃 𝑚𝑉 + 30000 5600 ∗ 236 = -0.031 𝜌𝑉 𝛼 𝑎𝑚 𝑧 𝜔 𝑎𝑚𝑧𝑧 0.315∗2362 ∗23∗7.1 𝑚𝑧𝛼 𝑆𝑙 −0.05 𝑀𝑧𝛼 2 =− =− =− 𝐽𝑧 𝐽𝑧 62000 𝜔𝑧 𝑙 𝜌𝑉 𝑉 𝑚𝑧 𝑀𝑧𝜔𝑧 =− =− 𝐽𝑧 𝛿 𝑎𝑚𝑐𝑧 = − 𝑀𝑧𝛿𝑐 𝐽𝑧 𝐽𝑧 𝛿 𝜌𝑉 =− 𝑚𝑧 𝑐 𝑆𝑙 𝑆𝑙 𝐽𝑧 =− =− −2.4 = 1.155 7.1 0.135∗2362 236 62000 −0.0055 0.135∗2362 62000 𝜔 2𝜀𝛼 𝜔𝛼 = 𝑎𝑚𝑧𝑧 − 𝑎𝑦𝛼 = 1.668 + 0.031 = 1.699 𝜔 𝛼 𝜔𝛼2 = 𝑎𝑚 − 𝑎𝑦𝛼 𝑎𝑚𝑧𝑧 = 1.155 + 0.031 ∗ 1.668 = 1.207 𝑧 𝜔 𝑎𝑚𝑧𝑧 − 𝑎𝑦𝛼 𝜀𝛼 = 𝛼 √𝑎𝑚 𝑧 𝑇𝜃 = − 𝜔 − 𝑎𝑦𝛼 𝑎𝑚𝑧𝑧 = 1.699 √1.207 = 0.773 1 = − = 32.258 𝑎𝑦𝛼 −0.031 𝛿 𝛿 𝑘𝛼𝑐 𝑎𝑚𝑐𝑧 0.127 = = = 0.015 𝜔𝛼 1.207 𝛿 𝑘𝜗𝑐 𝑘𝛼𝑐 0.015 = = = 2.36 ∗ 10−3 𝑇𝜃 32.258 ∗ 23 ∗ 7.1 𝛿 53 ∗ 23 ∗ 7.1 = 1.668 = 0.127 Hàm truyền hệ hở là: 𝛿 𝐹0 (𝑝) = 𝑘𝜗𝑐 (𝑇𝜃 𝑝+1)𝜔𝛼 )𝑝 (𝑝2 +2𝜀𝛼 𝜔𝛼𝑝+𝜔𝛼 = = 2.36∗10−3(32.258𝑝+1)∗1.207 (𝑝2 +1.699𝑝+1,207)𝑝 2.85∗10−3(32.258𝑝+1) (𝑝2 +1.699𝑝+1.207)𝑝 0.092𝑝+0.0029 =(𝑝2 +1.699𝑝+1.207)𝑝 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 p     0.092 p  0.0029  ki  k D p . 0 p   p  1.699 p  1.207   ( pk p  ki  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 p  0.092 p k p  0.0029ki  0.092 pki  0.0029 p k d  0.092 p k d    0 p  1.699 p  1.207 p   p3+1.699p2+1.207p+0.0029pkp+0.092p2kp+0.0029ki+0.092pki+0.0029p2kd+0.092p3kd=0 (1+0.092kd).p3+(1.699+0.092kp+0.0029kd).p2+(1.207+0.0029kp+0.092ki)p+0.0029ki(**) 54 Đồng hệ số (*)và (**) ta được: 1  0.092.k D  1.451 k p  81.19   1.699  0.092k p  0.0029kd  9.183  ki  21.03  k  4.9  D 1.207  0.0029k p  0.092ki  3.368 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={ 𝑎𝑦𝛼 = − =− 𝛼 𝑎𝑚 𝑧 =− 𝑘ℎ𝑖 𝑥 ≤ 𝑘ℎ𝑖 𝑥 > 𝐶𝑦𝛼 𝑌 − 𝑃 cos 𝛼 =− 𝑚(𝑉 + 𝑊) 0.056 𝜌(𝑉 +𝑊 2) 𝑚(𝑉 + 𝑊) 0.315∗(2362 +52 )∗ 23 + 30000 5600 ∗ (236 + 5) 2 𝛼 𝜌(𝑉 +𝑊 ) 𝑚𝑧 𝑀𝑧𝛼 =− =− 𝐽𝑧 −0.05 𝑆+𝑃 = −0.031 𝑆𝑙 𝐽𝑧 0.315∗(2362 +52 )∗23∗7.1 62000 = 1.156 𝜔 𝑎𝑚𝑧𝑧 =− 2 𝜔𝑧 𝑙 𝜌(𝑉 +𝑊 ) 𝑉 𝑚𝑧 𝑀𝑧𝜔𝑧 =− =− 𝐽𝑧 −2.4 𝑆𝑙 𝐽𝑧 7.1 0.135∗(2362 +52 ) 236+5 62000 23 ∗ 7.1 = 1.634 55 2 𝛿𝑐 𝜌(𝑉 +𝑊 ) 𝑚𝑧 𝑀𝑧𝛿𝑐 =− =− 𝐽𝑧 𝛿 𝑎𝑚𝑐𝑧 =− −0.0055 𝑆𝑙 𝐽𝑧 0.135∗(2362 +52 ) 23 ∗ 7.1 62000 = 0.127 𝜔 2𝜀𝛼 𝜔𝛼 = 𝑎𝑚𝑧𝑧 − 𝑎𝑦𝛼 = 1.634 + 0.031 = 1.665 𝜔 𝛼 𝜔𝛼2 = 𝑎𝑚 − 𝑎𝑦𝛼 𝑎𝑚𝑧𝑧 = 1.156 + 0.031 ∗ 1.634 = 1.207 𝑧 𝜔 𝜀𝛼 = 𝑎𝑚𝑧𝑧 − 𝑎𝑦𝛼 𝛼 − 𝑎 𝛼 𝑎𝜔𝑧 √𝑎𝑚 𝑦 𝑚𝑧 𝑧 𝑇𝜃 = − = 1.665 √1.207 = 0.756 1 = = 32.258 𝑎𝑦𝛼 0.031 𝛿 𝛿 𝑘𝛼𝑐 𝑎𝑚𝑐𝑧 0.127 = = = 0.015 𝜔𝛼 1.207 𝛿 𝑘𝜗𝑐 𝑘𝛼𝑐 0.015 = = = 2.36.10−3 𝑇𝜃 32.258 𝛿 Hàm truyền hệ hở là: 𝐹0 (𝑝) = 2.36 10−3∗1.207∗(32.258𝑝+1) (𝑝2 +1.665𝑝+1.207)𝑝 = 2.85∗10−3(32.258𝑝+1) (𝑝2 +1.665𝑝+1.207)𝑝 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) 56 Phương trình đặc tính hệ kín: 1+Gc(p).G(p)=0    k p     0.092 p  0.0029  ki  k D p . 0 p   p  1.665 p  1.207   ( pk p  ki  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 p  0.092 p k p  0.0029ki  0.092 pki  0.0029 p k d  0.092 p k d    0 p  1.665 p  1.207 p   p3+1.665p2+1.207p+0.0029pkp+0.092p2kp+0.0029ki+0.092pki+0.0029p2kd+0.092p3kd=0 (1+0.092kd).p3+(1.665+0.092kp+0.092kd).p2+(1.207+0.0029kp+0.092ki)p+0.0029ki=0 (2) Đồng hệ số (1)và (2) ta được: 1  0.092.k D  2.933 k p  60.99   1.665  0.092k p  0.0029kd  7.337  ki  24.79  k  21.01 1.207  0.0029k p  0.092ki  3.36645  D 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 độ ta sử dụng công cụ Check Step Response Characteristics Simulink để tối ưu hoá hệ thống Nhận xét: - Từ việc sử dụng cơng 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 q 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: - 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 59 PHỤ LỤC Bảng P1: Các tham số khí động máy bay MiG-21Bis Lực Khối Diện Dây cung Sải đẩy lượng tích khí động cánh qn P,N m,kg cánh trung L,m tính S,m2 bình cánh theo trục trục x trục y góc cánh b, m z Jz,Nm Jx,Nm Jy,Nm lái Cyɣ 62000 4500 62000 0.017 30000 5600 23 Mô men Mô men Mô men 7,1 quán Hệ số đạo quán tính theo tính theo hàm lực nâng theo Bảng P2 : Các tham số nội suy theo số M Số M -0.05 0.6 0.8 0.93 1.05 1.3 1.7 2.0 2.2 Hệ số tính lực cản 0.23 0.23 0.235 0.241 0.249 0.263 0.279 0.58 0.9 Hệ số lực cản Cx0 0.017 0.017 0.0185 0.0225 0.0397 0.036 0.0352 0.32 0.032 Đạo hàm hệ số 0.053 0.053 0.056 0.06 0.06 0.055 0.048 0.04 0.038 -0.05 -0.05 -0.05 -0.55 -0.06 -0.14 -0.25 -0.25 -0.25 -2.2 -2.3 -2.4 -2.9 -3.5 -3.2 -2.8 -2.7 -2.6 Đạo hàm hệ số - - - - - - - - - mơ men chúc ngóc 0.005 0.0052 0.0055 0.0045 0.0033 0.0029 0.0025 0.0020 0.0015 -0.2 -0.23 -0.26 -0.3 -0.32 -0.25 -0.2 -0.18 -0.17 cảm ứng A lực nâng theo góc CY Đạo hàm hệ số mơ men chúc ngóc theo góc mz Đạo hàm hệ số mơ men chúc ngóc theo zmzz theo góc cánh lái lên xuống mzLx Đạo hàm hệ số mô men dọc theo x mxx 60 Đạo hàm hệ số -0.12 -0,123 -0.134 -0.15 -0.16 -0.18 -0.13 -0.12 -0.115 Đạo hàm hệ số - - - - - - - - - mô men dọc theo 00045 00045 0005 0004 00035 0003 00025 0002 0002 Đạo hàm hệ số - - - - - - - - - mô men dọc theo 0014 0014 00145 00135 0012 001 0007 0006 0005 -.0008 -.0008 -.0009 -.0011 -.0012 -.0015 -.0014 -.0009 -.0008 -0.5 -0.5 -.055 -0.6 -0.7 -0.8 -0.6 -0.5 -0.45 -.0025 -.0026 -.0027 -.0032 -.0035 -.0037 -.002 -.0017 -.0015 -.0015 -.0015 -.0015 -.0016 -.0019 -.0015 -.0008 -.0007 -.0006 -.002 -.002 -.002 -.0019 -.0018 -.0015 -.0008 -.0006 -.0005 -.012 -.013 -.014 -.015 -.016 -.017 -.016 -.015 -.014 mô men dọc theo y mxy cánh lái hướng mxH cánh lái liệng mxL Đạo hàm hệ số mơ men dọc theo góc trượt cạnh mxβ Đạo hàm hệ số mô men hướng theo y myy Đạo hàm hệ số momen hướng theo góc trượt cạnh myβ Đạo hàm hệ số moomen hướng theo góc cánh lái hướng myH Đạo hàm hệ số lực cạnh theo góc cánh lái hướng CzH Đạo hàm hệ số lực cạnh theo góc trượt cạnh Czβ 61 Bảng P3: Các tham số nội suy theo độ cao H Độ cao H ,mét Mật độ khơng khí (kg/m3) H Tốc độ âm (m/s) aH 100 1.22 340 1000 1.11 336 2000 1.01 332 3000 0,908 328 4000 0.818 325 5000 0.736 321 6500 0.623 314 8000 0.525 308 9500 0.439 302 11000 0.365 295 13000 0.265 295 15000 0.194 295 17000 0.142 295 20000 0.094 295 25000 0.040 295 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 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...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... 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