Luận văn:Nghiên cứu ứng dụng mô hình Quadrotor trong giám sát và cứu hộ

Chia sẻ: Nguyen Lan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

256
lượt xem 84
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong những năm gần đây máy bay trực thăng Quadrotorngày càng trở nên quan trọng, là nền tảng cho cả nghiên cứu và thƣơng mại trong các ứng dụng phƣơng tiện bay không ngƣời lái.Phƣơng tiện bay không ngƣời lái (UAV) là máy bay có khả năng bay mà không cần ngƣời vận hành bên trong. Phƣơng tiện này có thể đƣợc điều khiển từ xa bởi ngƣời điều hành trên mặt đất, hoặc bay tự động thông qua một đƣờng bay đƣợc lập trình trƣớc. UAVs đã đƣợc quân đội sử dụng cho các hoạt động tìm kiếm và cứu hộ. ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Nghiên cứu ứng dụng mô hình Quadrotor trong giám sát và cứu hộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM H PHẠM QUỐC PHƢƠNG C NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TE QUADROTOR TRONG GIÁM SÁT VÀ CỨU HỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ U CHUYÊN NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN H MÃ SỐ : 60.52.50 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM H PHẠM QUỐC PHƢƠNG C NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TE QUADROTOR TRONG GIÁM SÁT VÀ CỨU HỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ U CHUYÊN NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN H MÃ SỐ : 60.52.50 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. VÕ HOÀNG DUY TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2012
CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : TS.VÕ HOÀNG DUY Cán bộ chấm nhận xét 1: Cán bộ chấm nhận xét 2: H Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM ngày tháng năm 2012. C TE Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. PGS.TS. Chủ tịch Hội đồng 2. PGS.TS. Phản biện 1 U 3. TS. Phản biện 2 H 4. TS. Ủy viên 5. TS. Thƣ ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn Khoa quản lý chuyên ngành
TRƢỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2012 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phạm Quốc Phƣơng Giới tính: Nam. Ngày, tháng, năm sinh: 24/05/1979 Nơi sinh: Khánh Hòa. Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện MSHV:1081031014. I. TÊN ĐỀ TÀI. H “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH QUADROTOR TRONG GIÁM SÁT VÀ CỨU HỘ” . C II.NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG. TE 1. Nhiệm vụ của đề tài:  Nghiên cứu các phƣơng pháp điều khiển Quadrotor.  Xác định mô hình toán học của Quadrotor. U  Xây dựng mô hình và thuật toán điều khiển Quadrotor .  Mô phỏng mô hình Quadrotor sử dụng Matlab Simulink. H  Thi công mô hình Quadrotor để kiểm nghiệm thực tế.  Nhận xét kết quả đạt đƣợc và so sánh với các kết quả đã đƣợc trong và ngoài nƣớc. 2. Nội dung của đề tài:  Phần 1: Nghiên cứu các phƣơng pháp điều khiển Quadrotor, từ đó đƣa ra các vấn đề cần giải quyết để phục vụ cho việc xây dựng mô hình Quadrotor.  Phần 2: Xác định mô hình toán học của Quadrotor.  Phần 3: Xây dựng mô hình và thuật toán điều khiển, mô phỏng đáp ứng và ứng suất bằng phần mềm Matlab Simulink & Inventor.  Phần 4: Thi công mô hình Quadrotor.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ngày 15 tháng 09 năm 2011. IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 15 tháng 06 năm 2012. V. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS. Võ Hoàng Duy. Cán bộ hƣớng dẫn Khoa quản lý chuyên ngành H C TE U H
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng luận văn với nội dung “Nghiên cứu ứng dụng mô hình Quadrotor trong giám sát và cứu hộ” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn của TS. Võ Hoàng Duy. Các số liệu, kết quả mô phỏng nêu trong luận văn là trung thực, có nguồn trích dẫn và chưa được công bố trong các công trình nghiên cứu khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2012 Ngƣời thực hiện luận văn H C Phạm Quốc Phƣơng TE U H
LỜI CẢM ƠN Xin cảm ơn Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh, cùng Quý Thầy, Cô đã tận tình truyền đạt kiến thức và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho lớp chúng tôi trong suốt quá trình học cao học. Với lòng tri ân sâu sắc, tôi muốn nói lời cám ơn đến Thầy TS. Võ Hoàng Duy, người đã nhiệt tình hướng dẫn và chỉ bảo cho tôi trong suốt thời gian thực hiện nghiên cứu đề tài này. Cám ơn lãnh đạo Khoa Cơ – Điện – Điện tử và quý Thầy Cô trong khoa đã H giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài. C Cám ơn tất cả các bạn trong khóa học, những người cùng chung chí hướng trong con đường tri thức để tất cả chúng ta có được kết quả ngày hôm nay. TE Cảm ơn gia đình và những người thân đã động viên, hỗ trợ tôi trong suốt thời gian thực hiện nghiên cứu này. U Xin trân trọng gửi lòng tri ân và cảm ơn quý Thầy Cô. H Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2012 Ngƣời thực hiện luận văn Phạm Quốc Phƣơng
i MỤC LỤC MỤC LỤC............................................................................................................... i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................... iii DANH MỤC HÌNH ẢNH...................................................................................... v TÓM TẮT ............................................................................................................. vi ABSTRACT ......................................................................................................... vii Chƣơng 1: MỞ ĐẦU ............................................................................................... 1 1.1 Lý do chọn đề tài. ........................................................................................... 1 1.2 Mục đích nghiên cứu....................................................................................... 1 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................. 2 H 1.4 Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 2 C 1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. ........................................................................ 3 1.6 Bố cục của luận văn ........................................................................................ 3 TE Chƣơng 2: TỔNG QUAN ........................................................................................ 4 2.1 Lịch sử phát triển Quadrotor. .......................................................................... 4 2.2 Đặt vấn đề ....................................................................................................... 6 2.3 Nhiệm vụ và mục tiêu của luận văn. ................................................................ 7 U Chƣơng 3: CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN ............................................................................ 9 H 3.1 Giới thiệu Quadrotor ....................................................................................... 9 3.2 Phƣơng trình chuyển động. ............................................................................12 3.3 Tổng quan về kỹ thuật điều khiển Quadrotor. .................................................18 Chƣơng 4: MÔ PHỎNG .........................................................................................28 4.1 Xây dựng mô hình Quadrotor trong Matlab Simulink. ...................................28 4.2 Mô hình matlab và kết quả mô phỏng. ...........................................................31 Chƣơng 5: THI CÔNG ...........................................................................................36 5.1 Xây dựng mô hình Quadrotor trong phần mềm Inventor. ...............................36 5.2 Sơ đồ khối mạch điều khiển giữa Quadrotor và PC – Transmitter. .................40 5.3 Mô hình kiểm tra lực đẩy của motor...............................................................40
ii 5.4 Xây dựng giao diện Labview dùng để giám sát. .............................................42 Chƣơng 6: TỔNG KẾT ..........................................................................................43 6.1 Kết quả. .........................................................................................................43 6.2 Hiệu quả kinh tế, xã hội, giáo dục, an ninh, quốc phòng, … ...........................44 6.3 Hƣớng phát triển ............................................................................................44 H C TE U H
iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT x: Vị trí dài theo trục xE. y: Vị trí dài theo trục yE. z: Vị trí dài theo trục zE. : Góc roll ( xoay quanh trục X). : Góc yaw ( xoay quanh trục Z). Ψ: Góc pitch ( xoay quanh trục Y). u: Vận tốc dài theo trục xB. v: Vận tốc dài theo trục yB. w: Vận tốc dài theo trục zB. H u: Gia tốc dài theo trục xB. C v: Gia tốc dài theo trục yB. w: Gia tốc dài theo trục zB. TE q: Vận tốc góc theo trục xB. p: Vận tốc góc theo trục yB. r: Vận tốc góc theo trục zB. U q: Gia tốc góc theo trục xB. p: Gia tốc góc theo trục yB. H r: Gia tốc góc theo trục zB. 𝑍: là gia tốc theo phƣơng Zb. Ω𝐻 : là vận tốc góc của cánh quạt. Δ𝐴 : là lƣợng tăng hoặc giảm của Ω𝐻 để bay lên hay hạ xuống. Φ: là gia tốc theo phƣơng Xb. Ω𝐻 : là vận tốc góc của cánh quạt. Δ𝐴 ,Δ𝐵 (Δ𝐴 ≈ ∆𝐵 ): là lƣợng tăng hoặc giảm của Ω𝐻 . ϑ: là gia tốc theo phƣơng Yb. Ω𝐻 : là vận tốc góc của cánh quạt. Δ𝐴 ,Δ𝐵 (Δ𝐴 ≈ ∆𝐵 ): là lƣợng tăng hoặc giảm của Ω𝐻 .
iv R Θ: Ma trận quay. TΘ: ma trận chuyển vị. JΘ: Ma trận tổng quát. U1 : Tổng lực của các motor. U2 :Moment góc Roll. U3 :Moment góc Pitch. U4 :Moment góc Yaw. W: Trọng lực. I: Moment quán tính : Vector tốc độ cánh quạt. H 1: Tốc độ cánh quạt trƣớc. 2: Tốc độ cánh quạt phải. 3: Tốc độ cánh quạt sau. C 4: Tốc độ cánh quạt trái. TE U H
v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Breguet- Richet Gyroplane No 1 ................................................................ 4 Hình 2.2 Quadrotor của Etienne Oemichen ............................................................... 5 Hình 2.3 Bạch tuộc bay ............................................................................................ 5 Hình 2.4 Draganflyer X-Pro .................................................................................... 6 Hình 3.1 Quadrotor.................................................................................................. 9 Hình 3.2 Nguyên lí hoạt động của Quadrotor. .......................................................... 9 Hình 3.3 Trạng thái lơ lửng. .................................................................................. 10 Hình 3.4 Trạng thái bay lên/xuống. ....................................................................... 10 Hình 3.5Trạng thái nghiêng trái/phải ..................................................................... 11 Hình 3.6 Trạng thái lật trƣớc/sau ........................................................................... 11 Hình 3.7Trạng thái xoay qua trái/phải.................................................................... 12 Hình 3.8 Hệ qui chiếu quán tính và vật thể (Kivrak, A, 𝑂.2006 ) ........................... 13 Hình 3.9 Hình dạng của cánh quạt ......................................................................... 18 H Hình 3.10 Sơ đồ khối bộ điều khiển PID ............................................................... 20 Hình 3.11 Đồ thị PV theo thời gian, ba giá trị Kp (Ki và Kd là hằng số) ................. 21 C Hình 3.12 Đồ thị PV theo thời gian, với 3 giá trị Ki (Kp và Kd không đổi) ........... 22 Hình 3.13 Đồ thị PV theo thời gian, với 3 giá trị Kd (Kp and Ki không đổi).......... 23 Hình 3.14 Sơ đồ khối dùng bộ lọc Kalman để lọc tín hiệu nhiễu. ........................... 25 TE Hình 3.15 Quá trình tính toán dùng bộ lọc Kalman ................................................ 25 Hình 3.16 Mô phỏng đáp ứng dùng bộ lọc Kalman ................................................ 27 Hình 4.1 Khởi tạo 12 biến trạng thái ...................................................................... 29 Hình 4.2 Mô hình vận tốc góc của động cơ ............................................................ 29 Hình 4.3 Mô hình đáp ứng động của động cơ ........................................................ 30 U Hình 4.4 Mô hình đáp ứng động của hệ thống ....................................................... 30 Hình 4.5 Mô hình điều khiển độ cao và góc xoay .................................................. 30 Hình 4.6 Mô hình mô phỏng Quadrotor trong Matlab Simulink. ............................ 31 H Hình 4.7 Trƣờng hợp 1 Hình 4.8 Trƣờng hợp 2 ........................................... 31 Hình 4.9 Trƣờng hợp 3 Hình 4.10 Trƣờng hợp 4 ......................................... 32 Hình 4.11 Trƣờng hợp 5 Hình 4.12 Trƣờng hợp 6 ......................................... 32 Hình 5.1 Mô hình Quadrotor 2D. ........................................................................... 36 Hình 5.2 Mô hình Quadrotor 3D. ........................................................................... 37 Hình 5.3 Mô hình Quadrotor (trong phần mềm Inventor). ..................................... 38 Hình 5.4 Kết quả mô phỏng ứng suất và chuyển vị. ............................................... 38 Hình 5.5 Mô hình Quadrotor. ................................................................................ 39 Hình 5.6 Sơ đồ khối mạch điều khiển .................................................................... 40 Hình 5.7 Mô hình kiểm tra lực đẩy motor .............................................................. 40 Hình 5.8 Bảng tham chiếu tốc độ động cơ ............................................................. 41 Hình 5.9 Đồ thị đáp ứng lực đẩy động cơ .............................................................. 42 Hình 5.10 Giao diện giám sát Quadrotor................................................................ 42
vi TÓM TẮT Trong những năm gần đây máy bay trực thăng Quadrotorngày càng trở nên quan trọng, là nền tảng cho cả nghiên cứu và thƣơng mại trong các ứng dụng phƣơng tiện bay không ngƣời lái.Phƣơng tiện bay không ngƣời lái (UAV) là máy bay có khả năng bay mà không cần ngƣời vận hành bên trong. Phƣơng tiện này có thể đƣợc điều khiển từ xa bởi ngƣời điều hành trên mặt đất, hoặc bay tự động thông qua một đƣờng bay đƣợc lập trình trƣớc. UAVs đã đƣợc quân đội sử dụng cho các hoạt động tìm kiếm và cứu hộ. Luận văn: “Nghiên cứu ứng dụng mô hình Quadrotor trong giám sát và cứu hộ” Nghiên cứu này đƣợc thực hiện mô phỏng trong môi trƣờng MATLAB / H Simulink và kết quả cho thấy rằng thuật toán điều khiển PID cho phép Quadrotor bay ổn định mà không tạo ra dao động. C Mô hình Quadrotor đƣợc xây dựng thủ công phải có cấu trúc cứng và nhẹ. Quadrotor đƣợc thiết kế trong một khối khép kín, hệ thống kiểm soát tỷ lệ đo động TE lực trong khi bay thông qua một cảm biến con quay hồi chuyển 3 trục và một cảm biến góc nghiên hai trục. Một vi điều khiển nhận tín hiệu các cảm biến và thực hiện kiểm soát tỷ lệ trên bốn động cơ bằng cách thay đổi tín hiệu PWM gửi cho mỗi U động cơ. Các kết quả điều khiển đƣợc gửi lại đến vi điều khiển và sau đó vi điều khiển cung cấp cho các động cơ không chổi than tín hiệu PWM để thiết lập tốc độ H mà tại đó động cơ phải quay.Tốc độ chuyển thành một lực giữ cho Quadrotor ổn định.
vii ABSTRACT Quadrotor helicopters have become increasingly important in recent years, as platform for both research and commercial unmanned aerial vehicle applications. Unmanned aerial vehicles (UAV) are aircrafts capable of flight without on-board operator. Such vehicles can be controlled remotely by operator on the ground, or autonomously via a pre-programmed flight path. UAVs are already being used by the military for search and rescue operations. The thesis is: “ Research Aplication Modelling of Quadrotor for Monitoring and Rescue”. Simulation studies are carried out in the MATLAB/Simulink environment and results show that the PID control algorithm allows for the H Quadrotor to make steady corrections that do not break into an oscillation. Modelling of a Quadrotor for building a craft structure that was both stiff and C lightweight. I incorporated in my quadrotor a closed loop, proportional control system which measured in-flight dynamics via a three axis gyro and two dual axis TE tilt-sensors. A microcontroller took these sensor inputs and performed proportional control on the four motors by varying PWM signals sent to each of the motors. The controlled results and sent to the microcontroller which then provides the brushless U motor drivers the pulse width modulated signal that specifies the speed at which the motors have to spin. The speed translates into a force that keeps the Quadrotor H stable.
1 Chƣơng 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài. Khoa học và công nghệ có vai trò rất quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nƣớc, là thƣớc đo và động lực phát triển của mỗi quốc gia. Ngày nay, các nhà khoa học vẫn luôn không ngừng nghiên cứu và phát triển các ứng dụng nhằm phục vụ cho nhu cầu ngày càng nâng cao của con ngƣời. Khoa học và công nghệ giúp chúng ta ngày càng vƣơn cao hơn, xa hơn, sâu hơn… Trong những năm gần đây, các viện nghiên cứu, trƣờng đại học, trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ trên thế giới đã đi sâu vào nghiên cứu và phát H triển ứng dụng một thiết bị bay không ngƣời lái (UAV) có khả năng đáp ứng một cách linh hoạt các yêu cầu của con ngƣời. C Trong khi đó ở Việt Nam hiện nay vẫn chƣa có một công trình nghiên cứu hoàn chỉnh nào về UAV. Các công trình nghiên cứu vẫn chỉ ở mức độ nghiên cứu trong TE các phòng thí nghiệm. Một số ngƣời đam mê bay chỉ thực hiện công việc lắp ghép các mô hình có sẵn chứ chƣa đi vào nghiên cứu thực tế và áp dụng vào cuộc sống. Ngoài ra, các tƣ liệu và điều kiện chế tạo UAV ở Việt Nam cũng còn nhiều khó U khăn. Từ những vấn đề nêu trên, ngƣời thực hiện đã chọn đề tài: H “ Nghiên cứu ứng dụng mô hình Quadrotor trong giám sát và cứu hộ.” 1.2 Mục đích nghiên cứu. Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mô hình Quadrotor trong giám sát và cứu hộ” đƣợc thực hiện nhằm mục đích khảo sát mô hình vật lý, kết hợp với việc xây dựng mô hình và giải thuật điều khiển để từ đó đƣa ra cơ sở lý thuyết phục vụ cho việc tính toán, thiết kế phần cứng và phần mềm điều khiển Quadrotor.
2 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Ứng dụng phƣơng pháp luận cơ điện tử trong tính toán thiết kế và chế tạo robot. Ở phƣơng pháp này việc thiết kế có xét đến tính liên ngành và tích hợp hệ thống, cụ thể:  Nghiên cứu các tài liệu và thiết kế có sẵn trong và ngoài nƣớc.  Tính toán thiết kế mô hình hóa và mô phỏng để đánh giá chất lƣợng hệ thống và loại trừ các lỗi khi thiết kế.  Thiết kế mô hình tổng hợp dựa trên mô hình ảo, bao gồm: mô hình cơ khí, mô hình điều khiển, tích hợp hệ thống cảm biến.  Thử nghiệm, đánh giá và hiệu chỉnh. H 1.4 Phạm vi nghiên cứu Đề tài về Quadrotor là một đề tài khó, đòi hỏi kiến thức tổng hợp ở nhiều lĩnh C vực nhƣ: thiết kế cơ khí, động lực học, khí động học, xử lý tín hiệu số, mạch điện tử, điều khiển, ghép nối máy tính, truyền thông không dây, mô hình hóa, mô phỏng, TE lập trình điều khiển, lập trình giao diện,… trong khi những đề tài trong nƣớc nghiên cứu về Quadrotor là không nhiều và cũng chƣa có kết quả thành công mỹ mãn. Do đó, ngƣời thực hiện chỉ trọng tâm đi sâu vào nghiên cứu thiết bị bay không ngƣời lái U có 4 cánh hay còn đƣợc gọi là Quadrotorvới một số điều kiện nhƣ sau:  Nghiên cứu loại Quadrotor 4 cánh công suất nhỏ sử dụng động cơ không H chổi than.  Sử dụng các cảm biến góc và gia tốc.  Thời gian bay trong khoảng 5 phút.  Cho phép hoạt động trong phòng thí nghiệm và ngoài trời.  Lực nâng tối đa của robot là 1kg.  Mục tiêu của đề tài là tập trung chủ yếu vào bài toán điều khiển cân bằng.
3 1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 1.5.1 Ý nghĩa khoa học . Đề tài hoàn thành là bƣớc khởi đầu cho các đề tài nghiên cứu ứng dụng Quadrotor có tính phức tạp cao hơn. Đồng thời có thể áp dụng các kết quả nghiên cứu đƣợc, làm tài liệu tham khảo cho các công trình nghiên cứu sau này. 1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn: Tích hợp camera wifi độ phân giải cao để quay phim và chụp ảnh gửi về máy tính trong các ứng dụng giám sát và thăm dò. Tích hợp hệ thống định vị toàn cầu GPS để Quadrotor có thể tự bay không cần ngƣời điều khiển mà chỉ phụ thuộc vào các trạm điều khiển mặt đất thông qua sóng H wifi. Việc tích hợp thêm hệ thống định vị GPS là một bƣớc tiếp theo giúp cho quadrotor trở nên linh hoạt hơn trong quá trình thực hiện nhiệm vụ. C Ngoài ra, việc tích hợp thêm một số thiết bị phụ trợ phục vụ cho từng loại nhiệm vụ cũng cần đƣợc quan tâm nhƣ việc lắp thêm các cảm biến siêu âm, cảm TE biến từ trƣờng, cảm biến ảnh 3D … để tránh vật cản, xây dựng bản đồ và dò tìm mục tiêu… Phát triển đề tài với các ứng dụng trong quân sự nhƣ tích hợp thêm vũ khí để có U thể do thám và tấn công các mục tiêu nhằm tránh thƣơng vong cho con ngƣời. 1.6 Bố cục của luận văn H Chƣơng 1: Mở đầu Chƣơng 2: Tổng quan Chƣơng 3: Cơ sở điều khiển Chƣơng 4: Mô phỏng. Chƣơng 5: Thi công. Chƣơng 6: Tổng kết.
4 Chƣơng 2: TỔNG QUAN 2.1 Lịch sử phát triển Quadrotor. Chiếc Quadrotor đầu tiên trên thế giới ra đời năm 1907 do 2 anh em nhà khoa học ngƣời Pháp Charles Richet và Charlaes Breguet chế tạo. Nó đƣợc mang tên là “Breguet - Richet Gyroplane No 1”. Yêu cầu đƣợc đƣa ra là nó có thể cất cánh khỏi mặt đất với 1 phi công. Một động cơ 8 xi lanh đƣợc sử dụng để quay 4 cánh quạt.Mỗi cánh quạt có 4 bản cánh. Hệ thống dây đai và pu-li đƣợc gắn lên nhằm truyền động từ động cơ cho các cánh. Bộ khung của chiếc quadrotor này làm từ các ống thép. Tổng trọng lƣợng của nó vào khoảng 500kg. Lần bay thử nghiệm đầu tiên diễn ra tại Douai- Pháp vào năm 1907. Nó đã có thể nâng cao khỏi mặt đất 1,5 m. H C TE U H Hình 2.1 Breguet- Richet Gyroplane No 1 Đến năm 1920, Etienne Oemichen đã chế tạo một chiếc quadrotor với 8 cánh quạt linh hoạt nhằm điều khiển và tạo lực đẩy.Ban đầu, nó đƣợc gắn thêm một khí cầu để nâng và giữ ổn định cho cỗ máy này.Năm 1924, Oemichen đã thành công khi cho chiếc quadrotor bay mà không cần sự trợ giúp của khí cầu.Sau đó, nó không bao giờ đƣợc sử dụng nữa.
5 Hình 2.2 Quadrotor của Etienne Oemichen Trong năm 1922, Georges de Bothezat và Ivan Jerome thành công khi thiết kế chiếc quadrotor khổng lồ phục vụ cho quân đội Mỹ. Cỗ máy này đã đƣợc điều khiển H bằng cách thay đổi đơn lẻ hoặc cùng lúc các góc xoắn của cánh quạt. Ngoài ra, nócòn đƣợc gắn thêm 4 cánh quạt loại nhỏ để trợ giúp điều khiển. Chiếc quadrotor này C đƣợc đặt tên là ”Bạch tuộc bay”. Nhƣng dự án này bị hủy bỏ vì khả năng bay thấp, giá thành cao. TE U H Hình 2.3Bạch tuộc bay Từ đó, quadrotor không còn đƣợc chú ý nhƣ trƣớc.Cho đến những năm 1980, quadrotor lại đƣợc quan tâm trở lại với kết cấu đơn giản, khả năng mang tải cao và giá thành thấp. Chiếc Draganflyer X-Pro của hãng sáng chế Draganfly, là một trong những chiếc quadrotor thƣơng mại điều khiển bằng sóng radio. Nó đƣợc trang bị một bảng mạch điều khiển vị trí, X-pro có thể bay dễ dàng so với một chiếc trực thăng
6 thông thƣờng.Khung đƣợc làm bằng ống sợi các-bon có trọng lƣợng nhẹ nhƣng đủ bền.X-pro sử dụng 3 cảm biến góc Gyro để giữ thăng bằng. Ngày nay, rất nhiều nhà nghiên cứu sử dụng X-pro nhƣ một phƣơng tiện cơ bản phục vụ cho các công việc nghiên cứu. H Hình 2.4Draganflyer X-Pro Công việc nghiên cứu về Quadrotor đã đƣợc quan tâm từ lâu bởi các nhóm nghiên C cứu khác nhau trên thế giới đã chứng tỏ rằng quadrotor là một lựa chọn tốt cho các ứng dụng của UAV so với một máy bay trực thăng thông thƣờng.Quadrotor ngày TE càng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực quân sự cũng nhƣ dân sự.Nó đã mang lại cho các nhà khoa học thêm nhiều lựa chọn cho công việc nghiên cứu. 2.2 Đặt vấn đề U UAV (Unmanned Arial Vehicle) là một thiết bị bay có gắn động cơ nhƣng không ngƣời lái, sử dụng các lực khí động học để di chuyển, có thể bay tự động H hoặc thông qua bộ điều khiển từ xa. Ngày nay, một số lƣợng lớn UAV đƣợc phát triển dựa trên các nhiệm vụ yêu cầu đƣợc đặt ra. Thông qua số lƣợng các UAV đang đƣợc sử dụng cho thấy không thể phủ nhận khả năng của các phƣơng tiên bay lên thẳng bởi tính tiện dụng và linh hoạt trong phạm vi hoạt động hẹp. Phƣơng tiện bay lên thẳng có thể bay trong các khu vực thấp hơn so với mặt nƣớc biển và cung cấp chi tiết các thông tin về khu vực đó thông qua các trạm điều khiển. Các UAV đƣợc biết đến bởi khả năng thực hiện các nhiệm vụ liên quan đến các thiết bị quân sự. Sau khi chiến tranh lạnh kết thúc, hàng loạt các nƣớc nhƣ Mỹ, Tây Âu, Úc, Israel, Trung Quốc, Nga đã đầu tƣ cho các công trình nghiên cứu và phát