| Текущая версия |
Ваш текст |
| Строка 1: |
Строка 1: |
| − | Проект, осуществляемый [[Клуб технического творчества|Клубом технического творчества]] при поддержке кафедры [["Теоретическая Механика"]].
| + | 15 Июня 2011 г. сделанный и запрограммированный в [[Клуб технического творчества|Клубе технического творчества]] трикоптер, совершил [http://www.youtube.com/watch?v=5WGxiVSGcUY&feature=player_embedded Первый полет] |
| − | | |
| − | == Участники ==
| |
| − | | |
| − | * [[Веренинов Игорь]]
| |
| − | * [[Верховых Михаил]]
| |
| − | * [[Кузькин Виталий]]
| |
| − | * [[Пшенов Антон]]
| |
| − | | |
| − | == 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 ===
| |
| − | | |
| − | <gallery widths=300px heights=210px perrow = 2>
| |
| − | Файл:Cptr1.JPG|Самое начало проекта, установлен только один мотор
| |
| − | Файл:Cptr3.JPG|Поворотный механизм
| |
| − | Файл:Cptr2 1749.JPG|Полностью собранный коптер установлен на стенд для настройки ПИД коэффициентов
| |
| − | Файл:Cptr4.JPG
| |
| − | </gallery>
| |
| − | | |
| − | === Структурная схема ===
| |
| − | | |
| − | [[Файл:3copter_scheme.jpg]]
| |
| − | | |
| − | === 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, то есть 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.
| |
| − | | |
| − | [[Файл:futaba.JPG|400px]]
| |
| − | | |
| − | ==== ПИД-регулятор ====
| |
| − | | |
| − | 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. [http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%98%D0%94-%D1%80%D0%B5%D0%B3%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%82%D0%BE%D1%80 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 ==
| |
| − | | |
| − | 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.
| |
| − | | |
| − | <gallery widths=300px heights=210px perrow = 2>
| |
| − | Файл:wiring.JPG|Рама собрана, начинается разводка проводов
| |
| − | Файл:wiring1.JPG|Почти вся электроника на своих местах
| |
| − | Файл:copter.JPG|Коптер - первые минуты на ногах
| |
| − | Файл:DSC05675.JPG|Облетал v1.1 - [http://www.youtube.com/watch?v=bNR5G9Fad5g видео]
| |
| − | </gallery>
| |
| − | | |
| − | == Создание адаптивного регулятора ==
| |
| − | | |
| − | === Моделирование ===
| |
| − | | |
| − | 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 [http://www.mathworks.com/products/simulink/ SIMULINK], управлять ей можно, как и настоящим коптером — при помощи пульта.
| |
| − | [http://www.youtube.com/watch?v=qhvg1urI5EY Первые виртуальные полеты]
| |
| − | | |
| − | Программа пока работает не очень точно, это связано с тем что не вводились параметры реального аппарата.
| |
| − | | |
| − | === Регулятор ===
| |
| − | | |
| − | ''Здесь будет про фази-ПИД...''
| |
| − | | |
| − | === Алгоритм оптимизации ===
| |
| − | | |
| − | Алгоритм swarm был написан [[Пшенов Антон|Антоном Пшеновым]].
| |
| − | | |
| − | == Результаты ==
| |
| − | | |
| − | # Данный проект был представлен на международной конференции школьников [http://www.school.ioffe.ru/readings/2011/meeting.html Сахаровские Чтения 2011], где удостоился специального диплома "за успешное продвижение в работе над перспективной темой".
| |
| − | # 15 Июня 2011г. трикоптер, совершил свой [http://www.youtube.com/watch?v=5WGxiVSGcUY&feature=player_embedded первый полет]
| |
| − | # Первые фотографии с борта
| |
| − | <gallery widths=220px heights=200px perrow = 3>
| |
| − | Файл:Height.jpg
| |
| − | Файл:Tree.jpg
| |
| − | Файл:House2.jpg
| |
| − | </gallery>
| |
| − | | |
| − | == Планы ==
| |
| − | | |
| − | В дальнейшем планируется создать адаптивный (самонастраивающийся) ПИД-регулятор.
| |
| − | | |
| − | == Публикации по теме проекта ==
| |
| − | | |
| − | * Веренинов И.А., Кузькин В.А. Разработка математической модели и прототипа трикоптера // Сборник трудов конференции "Неделя науки СПбГПУ", 2011 [направлено в печать] ([[Медиа: Vereninov_2011_SW_05.pdf |prerint_v.01]], [[Медиа: Vereninov_2011_SW_04.pdf | prerint_v.02]])
| |
| − | | |
| − | == См. также ==
| |
| − | | |
| − | * [[Беспилотный летательный аппарат]]
| |
| − | * [[Клуб технического творчества]]
| |
| − | | |
| − | | |
| − | [[Category: Студенческие проекты]]
| |
| − | [[Category: Проект "Трикоптер"]]
| |
