有尾槳無人共軸直升機懸停系統

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姓名

陳思俊(SZU-CHUN CHEN) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

有尾槳無人共軸直升機懸停系統
(Hovering system of Unmanned coaxial helicopter with tail rotor)

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摘要(中)

無人機有許多不同種類和外型，本論文針對共軸直升機無人飛行器去做控制系統，共軸直升機為一種上下雙槳排列的旋翼飛行器，適合垂直起降、懸停、並且在同樣尺寸的飛行器下有著更大的槳翼，帶來更大的載重能力。
本論文使用的機體結構是帶尾槳的共軸直升機，相較於無尾槳傾斜盤構造的共軸直升機有著價格優勢，並且利用開源便宜的Arduino NANO控制板做程式控制無人機馬達轉速，目的是設計出讓無人機定高懸停和姿態穩定的控制系統，從實驗測試馬達對高度變化的頻率響應開始，做曲線擬合獲得系統的轉移函數後，最後針對所使用的系統人工調整出合適的PID控制器，

摘要(英)

There are many different types and shapes of UAVs. This paper aims at the control system of the unmanned coaxial helicopter . The coaxial helicopter is a rotorcraft with up and down double-screw arrangement, which is suitable for vertical take-off and landing, hovering, and the same size of the aircraft. There are larger paddles underneath, which bring more load capacity.
The body structure used in this paper is a coaxial helicopter with a tail rotor, which has a price advantage compared to a coaxial helicopter with a swash plate without a tail rotor, and the open source and cheap Arduino NANO control board is used to program the motor speed of the drone. It is to design a control system that allows the drone to hover at a fixed height and stabilize its attitude. It starts from the experimental test of the frequency response of the motor to the change in height, and after curve fitting to obtain the transfer function of the system, and finally manually adjusts the appropriate system for the system used. PID controller.

關鍵字(中)

★ 系統鑑別
★ 控制器設計
★ 速度控制

關鍵字(英)

★ system identification
★ controller design
★ speed control

論文目次

摘要iv
英文摘要v
目錄vi
一、緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的 2
1.4 文獻回顧 3
1.5 論文架構 4
二、系統架構與硬體介紹 5
2.1 系統架構 5
2.2 硬體介紹 6
2.2.1 微控制器與馬達元件 6
2.2.2 感測模組 11
2.2.3 電源供應 (高放電倍率鋰電池) 16
2.2.4 藍芽模組 (指令發送) 18
2.2.5 系統電路圖 19
2.2.6 無人機實體圖 20
三、馬達系統識別與控制 21
3.1 轉移函數估測方法 21
3.2 頻率響應法 22
3.2.1 頻率響應 22
3.2.2 傅立葉級數與轉換 24
3.3 曲線擬合法 27
3.3.1 曲線擬合 27
3.3.2 最小平方法 29
3.3.3 曲線擬合公式 34
3.4 穩定性判別 40
3.4.1 穩定性定義 40
3.4.2 曲線擬合誤差 42
3.5 PID 控制器設計 43
3.5.1 計算 PID 參數 45
四、控制流程與實驗結果 46
4.1 PWM 控制直流馬達 46
4.2 控制流程 48
4.3 資料曲線擬合 49
4.4 系統波特圖與轉移函數估測 49
4.5 定高實驗 52
五、總結 54
5.1 結論 54
5.2 未來展望 54
六、參考文獻 56

參考文獻

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15. I2C 傳輸的基本結構圖 https://www.circuitbasics.com/basics-of-the-i2c-communication-protocol

指導教授

羅吉昌(Ji-Chang Lo)

審核日期

2022-8-26

推文