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研究生: 蘇文正
Wen-Cheng SU
論文名稱: 四軸可變飛行器之開發
Development of a Tilting Quadcopter
指導教授: 李維楨
Wei-chen Lee
口試委員: 黃育熙
Yu-Hsi Huang
姜嘉瑞
Chia-Jui Chiang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 81
中文關鍵詞: 四軸飛行器myRIO姿態控制
外文關鍵詞: Quadcopter, myRIO, Attitude Control
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  • 本論文的研究目的為設計一台自我控制平衡的四軸飛行器。此飛行器設計包含了可變螺旋槳傾角控制,功能是能在空中穩定狀態下調整飛行器姿態以便快速移動,或是飛行過程中使機體保持穩定平衡。
    硬體方面本論文使用嵌入式系統myRIO,它有內建豐富的I/O及各式通訊埠,最主要的是可使用系統設計軟體LabVIEW,以圖形化程式設計本論文的飛控系統,並可使用LabVIEW中大量的程式模組。除了縮短開發流程外,還能有效的整合各種應用工具。
    本實驗結果,以初步建構自行設計的四軸飛行器模型以及運動控制理論,設計之可調參數達成四軸飛行器穩定平衡控制,並在測試實驗平台上驗證三軸自由度以確認平衡姿態是否穩定與追蹤目標位置。但因飛行高度的自我控制以及機體的振動干擾還需改善,所以未能在空中達到良好的操控。


    The objective of this study was to design a quadcopter whose rotary axes can be tilted. The feature allows the aircraft to move swiftly, or to maintain position stably in the air.
    The controller used in the quadcopter is the embedded system myRIO, which includes ample I/O ports and supports various communication protocols. Moreover, we can use LabVIEW, a graphical programming language, to develop the flight control program with the help of many modules of LabVIEW.
    The results demonstrated stable and balance control of the quadcopter simulation model by using PID controller. The simulation was successfully verified in terms of tracing specific target and keeping its balance on a testing platform. However, the self-control in the air and the vibration disturbance still need to be improved, otherwise the quadcopter cannot achieve a good balance control in the air.

    摘要 i Abstract ii 誌 謝 iii 目 錄 iv 圖索引 vii 表索引 x 第 1 章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 開源的多軸飛行器 1 1.3 研究背景與文獻回顧 3 1.4 研究目的 5 第 2 章 飛行控制器設計 7 2.1 機體 7 2.1.1 傾斜軸轉向機構 8 2.2 控制單元 11 2.2.1 致動器 11 2.2.2 感測器 15 2.2.3 電源管理 16 2.2.4 控制器與電盤 19 2.3 硬體評估 22 2.4 控制系統與流程 23 2.4.1 控制流程 23 2.4.2 系統控制頻率 24 2.4.3 控制訊號PWM脈衝寬度調變 25 2.4.4 無線電遙控器脈波長度接收 26 2.4.5 串列通訊傳輸 27 2.4.6 Wi-Fi無線網路連線傳輸 27 2.4.7 myRIO記憶體存放 28 2.5 測試平台 29 第 3 章 控制器建立 31 3.1 姿態計算 31 3.1.1 歐拉角 31 3.1.2 四元數 33 3.2 四軸飛行器的姿態與模型 35 3.2.1 控制系統轉換 37 3.2.2 狀態空間表示法 40 3.3 油門線性轉換 45 3.4 PID 控制器設計 46 3.4.1 P比例控制器(Proportional Controller) 47 3.4.2 I積分控制器(Integral Controller) 47 3.4.3 D微分控制器(Derivative Controller) 48 第 4 章 實驗結果與討論 51 4.1 Roll平衡控制 52 4.2 Pitch平衡控制 54 4.3 Pitch傾斜翼平衡控制 57 4.4 Yaw平衡控制 58 4.5 控制結果 61 第 5 章 結論與建議 62 5.1 結論 62 5.2 建議與未來展望 63 參考文獻 64 附錄 A. ”QuadcopterPID.csv” 檔案存放之參數與位址 66 附錄 B. 各硬體之 myRIO I/O接口 67 附錄 C. 傾斜四軸飛行器角度變換 68

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    無法下載圖示 全文公開日期 2021/08/30 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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