系統識別號 | U0002-1807201616072000 |
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DOI | 10.6846/TKU.2016.00510 |
論文名稱(中文) | 四旋翼編隊飛行-群組飛行的模擬與實現 |
論文名稱(英文) | Quadrotor formation flight-Groups flight Simulation and Implementation |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 航空太空工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Aerospace Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 104 |
學期 | 2 |
出版年 | 105 |
研究生(中文) | 徐邦承 |
研究生(英文) | Bang-Cheng, Syu |
學號 | 603430298 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2016-06-14 |
論文頁數 | 82頁 |
口試委員 |
指導教授
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馬德明(derming.ma@gmail.com)
委員 - 蕭照焜(Shiau@mail.tku.edu.tw) 委員 - 何翊(ianho@ms1.hinet.net) |
關鍵字(中) |
四旋翼飛行器 MATLAB 四旋翼機 編隊飛行 場效函數 |
關鍵字(英) |
Quadrotor MATLAB Potential field UAV Quadrotor formation flight |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
本論文主旨在於藉由場效函數編寫導引律,並以三架四旋翼機為一個編隊飛行群組單位,在群組內以前方第一架四旋翼機作為領頭機,以吸引力場作為前進方式朝著預定之目標位置飛行,並在前方領頭機建立吸引力場使後方四旋翼機追隨前方領頭機飛行,且建構群組內四旋翼之相對排斥力場避免相互碰撞,以兩個四旋翼機編隊飛行群組執行群組與群組的編隊飛行,建立兩個群組之間的相對排斥力場以避免碰撞。雙群組以共同終點位置作為目標點,並在目標點建立相對於兩個群組之吸引力場,以達成讓兩個四旋翼機編隊飛行群組前往共同目標點,因而建立起一個雙群組間相互保持安全距離並且共同飛行前往預定目標點之編隊飛行系統。 |
英文摘要 |
The thesis is designing the guidance law for quadrotor formation flight. There are three quadrotors in a formation group, which consists one leader and two followers. Attraction and avoidance are two kinds of force that can either push and pull the craft in potential field. It is used to guide formations toward destination and also prevent formations run into each other. Inside the quadrotor formation, the potential field can make followers go after its leader with no collisions happens. Use MATLAB Simulink several cases are discussed, such as single group simulation, triple groups simulation, gathering simulation... etc. The simulation show the guidance law is well performed in each condition. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
Contents 致謝 i 中文論文摘要 ii 英文論文摘要 iii Nomenclature iv Contents vi List of figure ix Chapter 1 導論 1 1.1 動機 1 1.2 文獻回顧 3 1.3 研究方法 3 Chapter 2 四懸翼系統建模 5 2.1 四懸翼簡介 5 2.2 坐標系定義 6 2.3 命令定義 7 2.3.1 懸停(Hovering speed, ΩH [rad/s]) 7 2.3.2 推力 (Throttle, U1 [N] ) 8 2.3.3 滾轉 (Roll, U2 [Nm] ) 9 2.3.4 俯仰 (Pitch, U3[Nm]) 10 2.3.5 偏航 (Yaw, U4[Nm] ) 11 2.4 運動方程式定義 12 2.4.1 姿態方程式 12 2.4.2 位移方程式 15 2.4.2 運動方程式線性化 18 Chapter 3 四懸翼姿態導引律 21 3.1 導引律簡介 21 3.1.1 場效函數(Potential Field) 簡介 21 3.2 場效函數應用於導引 24 3.2.1 定義 24 3.2.2 吸引力場 25 3.2.3 排斥力場 27 Chapter 4 Matlab simulation 29 4.1 系統架構 29 4.2 Result 37 Chapter 5 群組編隊飛行模擬 39 5.1 單一群組編隊飛行模擬 39 5.2 雙領頭機編隊飛行模擬 40 5.3 雙群組編隊飛行模擬 42 5.4 三群組編隊飛行模擬 44 5.5 四方位聚集飛行模擬 47 5.6 八方位聚集編隊飛行模擬 50 5.7 八方位聚集編隊飛行數量遞增模擬 54 5.8 雙群組編隊飛行之追逐移動物體模擬 56 Chapter 6 硬體與實驗平台 60 6.1 四旋翼機系統架構 60 6.2 四旋翼實驗平台 61 6.3 實驗步驟 67 Chapter 7 結論 73 References 74 List of figure 圖1-1: 1903年人類飛上天空 1 圖1-2: 四懸翼機 2 圖1-3: 四旋翼機硬體架構 3 圖2-1: 四懸翼機機架 5 圖2-2: 四旋翼座標系 6 圖2-3: 四旋翼機懸停示意圖 7 圖2-4: 推力命令示意圖 8 圖2-5: 滾轉命令示意圖 9 圖2-6: 俯仰命令示意圖 10 圖2-7: 偏航命令示意圖 11 圖3-1: 吸引力場示意圖 22 圖3-2: 排斥力場示意圖 22 圖3-3: 理想勢場示意圖 23 圖3-4: 局部極小值示意圖 24 圖4-1: 四旋翼機全系統模擬 29 圖4-2: 四旋翼機動態次系統 30 圖4-3: 四旋翼機姿態控制器 31 圖4-4: 四旋翼機姿態控制器 Z controller 31 圖4-5: 四旋翼機姿態控制器 X-Y controller 32 圖4-6: 四旋翼機姿態次系統 32 圖4-7: 四旋翼機姿態控制器 33 圖4-8: 轉速平方計算器 34 圖4-9: 控制項U計算器 35 圖4-10: 姿態計算器 36 圖4-11: 位移次系統 37 圖4-12: Matlab Simulink四旋翼機單一群組模擬結果 38 圖5-1: 單一群組模擬(初始位置) 39 圖5-2: 單一群組模擬(最後位置) 40 圖5-3: 雙領頭機編隊飛行模擬(初始位置) 41 圖5-4: 雙領頭機編隊飛行模擬(最後位置) 41 圖5-5: 雙群組編對飛行模擬(初始位置) 43 圖5-6: 雙群組編對飛行模擬(最後位置) 44 圖5-7: 三群組編隊飛行模擬(初始位置) 46 圖5-8: 三群組編隊飛行模擬(最後位置) 47 圖5-9: 四方位聚集飛行模擬(初始位置) 49 圖5-10:. 四方位聚集飛行模擬(最後位置) 50 圖5-11: 八方位聚集編隊飛行模擬(初始位置) 53 圖5-12: 八方位聚集編隊飛行模擬(最後位置) 54 圖5-13: 八方位聚集編隊飛行數量遞增模擬(初始位置) 55 圖5-14: 八方位聚集編隊飛行數量遞增模擬(最後位置) 56 圖5-15: 雙群組編隊飛行之追逐移動物體模擬(初始位置) 58 圖5-16: 雙群組編隊飛行之追逐移動物體模擬(最後位置) 58 圖5-17: 雙群組編隊飛行之追逐移動物體模擬(移動軌跡) 59 圖6-1: 四旋翼機之系統架構圖 60 圖6-2: 四旋翼機之硬體架構圖 61 圖6-3: 四旋翼機 62 圖6-4: PIXHACK飛控板 62 圖6-5: PIXHACK功能 63 圖6-6: PIXHACK右排接口功能 64 圖6-7: PIXHACK左排接口功能 64 圖6-8: 3DR Radio Telemetry 65 圖6-9: V2216 無刷馬達 66 圖6-10: Mission Planner 67 圖6-11: 遙控器開啟 68 圖6-12: 四旋翼電池與低電壓警報器 69 圖6-13: python cmd 70 圖6-14: 遙控器解除安全鎖定 71 圖6-15: 導引律python程式 72 |
參考文獻 |
[1] 李承霖,四旋翼機之導引律設計, 淡江大學航太系碩士班碩士論文,民國103年1月. [2] 李壙宇,四旋翼機之姿態控制演算法設計-互補濾波器應用,淡江大學航空太空 工程學系碩士論文,2014。 [3] 廖庭廣,四旋翼物品抓取的模擬與實現,淡江大學航太系碩士班碩士論文,民國104年7月. [4] 吳乃文, 以場效函數為基礎的自動導航車路徑規劃, 國立雲林科技大學電機工程所碩士班碩士論文,民國93年6月. [5] 鄭生保, 全方位運動機器人之自我定位與路徑規劃, 國立雲林科技大學電機工程所碩士班碩士論文,民國96年7月. [6] 李奕儒,四旋翼機編隊飛行的探討,淡江大學航太系碩士班碩士論文,民國103年6月. [7] 梁辰暐,四旋翼編隊飛行-導引律之模擬與實現,淡江大學航太系碩士班碩士論文,民國104年7月 |
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