Версия 16:14, 18 сентября 2011

Проект, осуществляемый Клубом технического творчества при поддержке кафедры "Теоретическая Механика".

Участники

• Веренинов Игорь
• Верховых Михаил

Трикоптер v1.0

Оборудование

• 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

Самое начало проекта, установлен только один мотор.

Поворотный механизм.

Полностью собранный коптер установлен на стенд для настройки ПИД коэффициентов.

Структурная схема

Программирование

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

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, тоесть многократного повторного чтения входа, позволяет увеличить разрешение на бит.

задание угловой скорости

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

В каноническом виде уравнение ПИД-регулятора выглядит так:

[math]u(t) = P + I + D = K_p\,{e(t)} + K_i\int\limits_{0}^{t}{e(\tau)}\,{d\tau} + K_d\frac{de}{dt}[/math]

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

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

Результаты

1. Данный проект был представлен на международной конференции школьников Сахаровские Чтения 2011, где удостоился специального диплома "за успешное продвижение в работе над перспективной темой".
2. 15 Июня 2011г. трикоптер, совершил свой первый полет

Планы

В дальнейшем планируется создать адаптивный (самонастраивающийся) PID-регулятор.