NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÁY BAY SIÊU NHỎ

NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG
CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
MÁY BAY SIÊU NHỎ
Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Phú Hùng
Ths. Hà Mạnh Tuấn
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trần Cường
Nguyễn Ngọc Sơn
1
Nội dung
Chương I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MÁY BAY
Chương II: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN MÁY BAY
Chương III: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Chương IV: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
2
1.1. Phân loại máy bay và phương pháp
điều khiển
3
Máy bay cánh cố định Máy bay sử dụng động cơ TiltrotorMáy bay trực thăng
Điều khiển máy bay
có các cơ cấu : cánh
nâng chính, đuôi lái
ngang, cánh lái
hướng, cánh tà,
cánh liệng, phanh
khí động
Cơ cấu chính để điều khiển máy
bay là điều khiển chong chóng
mang và số vòng quay của nó.
So với máy bay cánh cố định thì
việc điều khiển máy bay trực
thăng là phức tạp hơn rất nhiều

Máy bay sử dụng
động cơ Tiltrotor áp
dụng cả 2 phương
pháp điều khiển của
máy bay cánh cố định
và máy bay trực thăng
để điều khiển
1.2. Hệ thống điều khiển máy bay
4
Máy bay sử dụng hệ thống điều khiển
không người lái dùng trong dân sự.
Tuy nhiên những hệ thống này chỉ
được sử dụng trong 1 số chế độ bay
nhất định còn phần lớn vẫn sử dụng
hệ thống điều khiển có người lái.
Máy bay sử dụng hệ thống điều khiển
không người lái.(UAV) trong quân sự.
Với kích thước gọn nhẹ, hệ số an toàn
không yêu cầu cao, UAV có thể thực
hiện các công việc trong những điều
kiện khó khăn.
1.2. Hệ thống điều khiển máy bay
5
Hệ thống điều khiển bằng
radar áp dụng với máy bay
UAV dùng trong huấn luyện,
với thời gian hoạt động ngắn.
Độ chính xác của tín hiệu
cao, bán kính 1 trạm radar từ
400 – 600 km.

Điều khiển thông qua
tín hiệu GPS điều khiển
được trên toàn bộ bề
mặt trái đất.
Nhưng tín hiệu GPS có
độ chính xác không
cao. Sai số của GPS có
thể lên đến 15m
Với các loại máy bay nhỏ
dùng trong giải trí thì
người ta có thể điều
khiển thông qua sóng
radio.
Phạm vi điều khiển của
sóng radio là từ 3-5 km
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU
KHIỂN MÁY BAY
6
e
t Lt
L
e
S dC
C
S d
δ
η
δ
=
w

v v v Lv
n r
r
Q l S dC
C
Q Sb d
δ
δ
= −
l l a
a
d
C C
d
α
δ
δ
∞
=
Điều khiển chúc - ngóc của máy bay
Điều khiển hướng của máy bay
Điều khiển liệng của máy bay
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU
KHIỂN MÁY BAY
7
[v, , ]
chuc ngoc e e
F A
δ δ
−

= ∆
[v, , ]
quay r r
F B
δ δ
= ∆
[v, , ]
lieng a a
F C
δ δ
= ∆
, ,
a e r
δ δ δ
∆ ∆ ∆
, ,
a e r
δ δ δ
∆ ∆ ∆
Trong đó
•
A, B, C là các hệ số phụ thuộc vào các tham số tĩnh, có thể coi là
do các nhà thiết kế tính toán và cho trước.
•
V là vận tốc máy bay trong quá trình chuyển động.
•
góc thay đổi trong quá trình chuyển động.
•
Gia tốc góc của các cánh lái trong quá trình chuyển động
, ,

a e r
δ δ δ
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN
MÁY BAY
8
Điều kiện giới hạn
•
Chế độ bay bằng: vận tốc và độ cao không đổi.
•
Quỹ đạo là 1 mặt phẳng.
•
Bỏ qua ảnh hưởng của điều kiện môi trường: áp suất, nhiệt độ, gió…
•
Hàm truyền H=1, hệ thống không có trễ.
Nhiệm vụ của mạch điều khiển:

Tính toán góc xoay của servo

Điều khiển servo quay theo góc đã tính toán
=> Thiết kế mạch điều khiển servo để điều khiển cánh lái hướng của
máy bay
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN
9
Khối
nguồn
Khối hiển thị
Khối ghép nối
máy tính
Khối
LOGIC

Khối module
GPS
Khối xử lý
trung tâm
Khối chấp
hành
Khối
phản
hồi
Tín hiệu vệ tinh
Tín hiệu vệ tinh
Sơ đồ khối
của hệ thống
điều khiển
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN
10
mạch in
Chương IV: Thực nghiệm
4.1. Cơ sở lý thuyết
Nội dung:
o
Thiết lập quỹ đạo bay mẫu trong mặt phẳng.
o
Nạp quỹ đạo vào vi điều khiển và tiến hành thực hiện việc
điều khiển servo.
o
Đo đạc góc lái và thời gian lái thực tế của servo.
o
So sánh quỹ đạo thực tế và quỹ đạo mẫu
11

4.1. Cơ sở lý thuyết
Phương pháp rời rạc quỹ đạo của máy bay
Trục Ox: x
i+1
-x
i
=const
Trục Oy: y
i
=f(x
i
)
Quỹ đạo điểm: A
i
(x
i
,y
i
)
12
4.1. Cơ sở lý thuyết
13
2 1 1
2 1 1
2 1 1
.
( ) ar cos( , )
.
k k k k
k k k k

k k k k
A A A A
a k A A A A
A A A A
− − −
− − −
− − −
= =
uuuuuuuu uuuuuuv v
uuuuuuuu uuuuuuv v
uuuuuuuu uuuuuuv v
∝ (k)=H
-1
. a (k)
1k k
k
A A
t
v
−
=
1) Góc rẽ hướng của máy bay
2) Góc lái của servo
3) Thời gian lái:
Phương pháp biên dịch quỹ đạo của máy bay sang chu trình
chuyển động của servo
4.2. Thực nghiệm
14

QUỸ ĐẠO THỰC NGHIỆM

o
Quỹ đạo hình chữ S.
o
Quỹ đạo tròn với bán kính R=200 m.

CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH
o
Rời rạc quỹ đạo bay mẫu theo tọa độ (x, y)
o
Biên dịch quỹ đạo mẫu thành chu trình chuyển động của động cơ
servo ở dạng: góc lái và thời gian lái.
o
Nạp chu trình chuyển động mẫu của servo vào vi điều khiển và điều
khiển góc lái và thời gian lái của servo đã tính toán.
o
Đo đạc góc lái và thời gian lái thực tế của servo.
o
Vẽ quỹ đạo mẫu và quỹ đạo thực tế trên cùng một hệ trục tọa độ.
4.2. Thực nghiệm với quỹ đạo chữ S
15
4.2. Thực nghiệm với quỹ đạo tròn
16
4.2. Thực nghiệm
17

NGUYÊN NHÂN
o
Sai số tính toán: làm tròn số liệu trong tính toán góc xoay của servo.
o
Sai số từ các linh kiện của hệ thống: vi điều khiển, servo, …

o
Thuật toán lập trình cho vi điều khiển chưa tối ưu.
www.themegallery.com
KẾT LUẬN
Kết quả thu được

Nghiên cứu lý thuyết điều khiển máy bay.

Xây dựng được mạch:
•
Sử dụng dữ liệu và tính toán góc lệch của cánh lái hướng.
•
Điều khiển cánh lái quay theo 1 góc đã tính toán thông qua điều khiển
servo.
18
www.themegallery.com
KẾT LUẬN

Hạn chế, thiếu sót:
o
Độ trễ, hàm truyền của hệ thống.

Định hướng phát triển trong tương lai:
o
Nghiên cứu đến các yếu tố ảnh hưởng môi trường.
o
Nghiên cứu chương trình điều khiển cho cánh lái liệng và đuôi ngang.
o
Tính toán độ trễ và hàm truyền của hệ thống.
19

20