Проект "Трикоптер" — различия между версиями

Текущая версия на 17:09, 25 декабря 2011

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

Участники[править]

• Веренинов Игорь
• Верховых Михаил
• Кузькин Виталий
• Пшенов Антон

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:

[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[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]

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
3. 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)

См. также[править]

• Беспилотный летательный аппарат
• Клуб технического творчества