Проект "Трикоптер"
Проект, осуществляемый Клубом технического творчества при поддержке кафедры "Теоретическая Механика".
Содержание
Участники[править]
Трикоптер v1.0[править]
Оборудование[править]
- Платформа сборки: Arduino
- Гироскопы: Melexis MLX90609 типа MEMS, 300 deg/sec
- Радиолинк: Spektrum DSM2 FHSS-технология. Аппаратура все время меняет частоту передачи, обеспечивая надежную связь в радиусе до 1км.
- Серво поворотного механизма: Hitec HS-81MG , с металлическим редуктором.
- Аккумулятор: Li-Po 2.2Ah 25C 11.1V
- Двигатели: 200Вт 1000kv бесколлекторные
Рама[править]
Самое начало проекта, установлен только один мотор
Поворотный механизм
Полностью собранный коптер установлен на стенд для настройки ПИД коэффициентов
Структурная схема[править]
Программирование[править]
Программирование осуществлялось на языке/диалекте Wiring-C++ в среде Arduino. Первым делом надо было просто заставить коптер полететь, поэтому алгоритмы обработки датчиков и управления предельно простые.
Вычисление угловой скорости[править]
В этом проекте использованы три гироскопа MLX90609 , они имеют аналоговые выходы для данных о угловой скорости и встроенный температурный датчик для устранения дрифта. Микроконтроллер получает от гироскопа значения в диапазоне 0-1024, затем с учетом чувствительности 300 градусов в секунду производит расчет угловой скорости. Кроме того вычитается байес - значение которое показывает сенсор при отсутствии вращения. Таким образом окончательная формула выглядит так:
for( int i=0; i<3; i++)
{
float tmp=0;
for(int j=0;j<10;j++)
{
tmp+=analogRead(pin[i]);// oversampling
}
tmp/=10.0;
omega[i]=(tmp-bias[i])*gain[i];
}
Использование оверсэмплинга, то есть многократного повторного чтения входа, позволяет увеличить разрешение на бит.
Задание угловой скорости[править]
На данном этапе, управление аппаратом организовано посредством задания угловой скорости вокруг каждой оси с пульта управления. Данные о положении джойстиков кодируются и передаются на приемник, находящийся на коптере. Микроконтроллер получает информацию с приемника и приводит ее к формату удобному для вычисления.
ПИД-регулятор[править]
Пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор — устройство в цепи обратной связи, используемое в системах автоматического управления для формирования управляющего сигнала. ПИД-регулятор формирует управляющий сигнал, являющийся суммой трёх слагаемых, первое из которых пропорционально входному сигналу, второе — интеграл входного сигнала, третье — производная входного сигнала. Подробнее...
В каноническом виде уравнение ПИД-регулятора выглядит так:
Программная реализация. Входом регулятора служит разность желаемой и текущей угловых скоростей.
error = RCToDeg(RC[i+1]) - omega[i];
Ipart+= error*Dt;
Ipart= constrain(Ipart,-20,20);
Dpart = (omega - oldomega)/float(Dt);
oldomega =omega;
axisPID = Pgain*error + Dgain*Dpart + Igain*Ipart;
Трикоптер v1.1[править]
После отладки алгоритма и тестовых полетов, рама коптера пришла в полную негодность, появились трещины и люфты. Для продолжения работы понадобился новый трикоптер. Версия 1.1 почти в два раза больше первой, лучи подросли до 30см, увеличилась и площадка под электронику .Новые шасси должны хорошо аммортизировать жесткие посадки и обеспечивать более стабильный взлет. Электроника осталась прежней.
Рама собрана, начинается разводка проводов
Почти вся электроника на своих местах
Коптер - первые минуты на ногах
Облетал v1.1 - видео
Создание адаптивного регулятора[править]
Моделирование[править]
Важной задачей для разработки эффективной системы управления является создание виртуальной модели коптера. На ней можно провести все испытания, не подвергая при этом опасности реальный аппарат. Модель была запрограммирована в среде SIMULINK, управлять ей можно, как и настоящим коптером — при помощи пульта. Первые виртуальные полеты
Программа пока работает не очень точно, это связано с тем что не вводились параметры реального аппарата.
Регулятор[править]
Здесь будет про фази-ПИД...
Алгоритм оптимизации[править]
Алгоритм swarm был написан Антоном Пшеновым.
Результаты[править]
- Данный проект был представлен на международной конференции школьников Сахаровские Чтения 2011, где удостоился специального диплома "за успешное продвижение в работе над перспективной темой".
- 15 Июня 2011г. трикоптер, совершил свой первый полет
- Первые фотографии с борта
Планы[править]
В дальнейшем планируется создать адаптивный (самонастраивающийся) ПИД-регулятор.
Публикации по теме проекта[править]
- Веренинов И.А., Кузькин В.А. Разработка математической модели и прототипа трикоптера // Сборник трудов конференции "Неделя науки СПбГПУ", 2011 [направлено в печать] (prerint_v.01, prerint_v.02)
