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研究生: 張弘毅
Chang, Hung-Yi
論文名稱: 以FPGA晶片結合加速度計訊號實現遙控直昇機之姿態模糊控制器
Implementation of Fuzzy Attitude Controller for the Remote-Control Helicopter Using FPGA Chip and Accelerometers
指導教授: 楊憲東
Yang, Ciann-Dong
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 99
中文關鍵詞: 直昇機加速度計模糊控制傾斜感測器FPGA無線下傳數位濾波器
外文關鍵詞: digital filter, tilt sensor, FPGA, accelerometer, fuzzy control, helicopter
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  •   遙控直昇機是一種相當靈活的飛行器,但其先天不穩定的特性及高度非線性的數學模式增加了自動控制設計的困難度,姿態感測元件的價格也使得控制系統的普及化受到了限制。本研究發展了一套控制系統,期望遙控直昇機在停懸模式下能達到高度的穩定性,我們以加速度計實作一數位傾斜感測器,並以FPGA晶片設計出一多功能的控制器,包括濾波器、模糊邏輯控制器、解PWM週期及周邊電路控制等,我們同時建立FPGA和無線下傳系統間的溝通介面,達到飛行資料下傳的目的。希望藉由本系統能使初學者更輕易的操控遙控直昇機,下傳的飛行資料不僅能驗證控制性能,並能提供給後續研究者做分析。

     The remote-control helicopter is an agile aircraft﹐but the inborn unstable characteristic and highly nonlinear mathematical model increase the difficulties of automatic control design. Furthermore﹐the price of tilt sensor or Gyro also limits the application of the control system. This thesis develops a fuzzy control system in hopes of stabilizing the remote control helicopters in the hovering mode. We implement a tilt sensor made up from the accelerometers﹐and design a multi-functional controller with FPGA chip﹐including the filter、fuzzy logic controller、PWM decoder and other needed I/O control. We also construct the interface between FPGA and RF wireless transmitter to achieve the purpose of down-linking the flight data. We hope that even a novice can easily handle a remote-control helicopter with the help of the developed control system. To downlink the flight data can not only verify our control performance﹐but also provide the flight test data for system identification of the helicopter.

    中文摘要 i Abstract ii 誌謝 iii 目錄 iv 圖目錄 vi 符號說明 ix 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 研究背景 2 1-3 設計概念 4 1-4 各章概述 6 第二章 直昇機姿態穩定控制系統設計 7 2-1 直昇機基本飛行原理 7 2-2 模糊邏輯控制概念 12 2-3 直昇機控制系統 23 2-4 FPGA及VHDL簡介 25 2-5 以加速度計實現姿態感測器 29 2-6 數位濾波器設計 33 第三章 控制系統硬體架構 37 3-1 遙控直昇機及伺服系統 37 3-2 FPGA晶片 38 3-3 感測元件–加速度計ADXL203 43 3-4 A/D轉換器 44 3-5 周邊介面電路 47 第四章 FPGA晶片程式設計 51 4-1 模糊邏輯控制器實現 51  4–1–1 模糊化介面 51  4–1–2 決策邏輯 53  4–1–3 解模糊化介面 55  4–1–4 整合模糊邏輯控制器電路 55 4-2 數位濾波器電路實現 57 4-3 ADC0804驅動電路 59 4-4 Normalize電路  61 4-5 PWM訊號產生電路 63 4-6 手自動切換電路 65 4-7 PWM Duty cycle計數電路 67 4-8 控制命令累加器 68 4-9 無線下傳protocol設計 70 第五章 系統整合與測試 79 5-1 未加濾波器之整合測試 79 5-2 加入數位濾波器之整合測試 82 5-3 無線資料下傳測試 87 5-4 飛行測試及資料下傳 89 第六章 結論 94 6-1 結果討論 94 6-2 未來展望 96 參考文獻 97 自述 99

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    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2005-07-14公開
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