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研究生: 鄭琇文
Cheng, Hsiu-Wen
論文名稱: 尾立式定翼機懸停運動自動駕駛系統之研發
Development of the Autopilot System for the Hovering Motion of a Tail-sitter
指導教授: 謝成
Hsieh, Chen
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: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 62
中文關鍵詞: 自動駕駛
外文關鍵詞: Autopilot
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  • UAV(Unmanned Aerial Vehicle)的發展已經有很長的歷史,不論是軍方、民間團體或者是學術界皆致力於UAV的研究,也發展出了各種型態的無人飛行載具。過去本實驗室也同樣以飛行船為基礎,成功達成飛行船的自主性飛行。而UAV主要構型為定翼機及旋翼機,他們各有適用的任務,因此,我們希望可以發展一無人飛行載具構型,使得載具在飛行上同時具有定翼機及旋翼機的特性。
    在此研究中,以尾立式定翼機作為載具構型,發展仿旋翼機停懸功能的控制技術。利用傳統R/C遙控器配合自行研發之機載電腦與控制程式來提升飛行的穩定性及操控性,同時透過地面站系統顯示即時的控制律執行情形。其中我們建立了載具的非線性與線性模型作為設計控制律之用,並建立模擬環境來與實際飛行數據作比較。最後以實際的飛行測試來驗證整套系統。

    The research of the UAV has been developed for a long time. Also, the application has expanded from the military to the folk in recent years. In this laboratory, we already complete the automatic control of an airship. Both the fixed-wing aircraft and the helicopter have its own advantages, depending on the mission. So, the motivation of this research is to develop an UAV which can combine fixed-wing aircraft and the helicopter.
    In this research, we choose the VTOL (Vertical Take-Off and Landing) UAV to develop our autopilot system for the hovering motion. In additional to the traditional remote control system, onboard computer system and the control laws are developed to improve the stability and controllability of the aircraft, and also the UGS (UAV Ground Station) shows the information of the UAV. Both the nonlinear and linear models were built for designing control laws, so that the flight data can be compared with the simulation results. In the end, we do the flight experiments to verify the whole system.

    目錄 誌謝 I 中文摘要 II 英文摘要 III 目錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VII 符號說明 X 第一章 緒論 1 1-1前言 1 1-2研究動機 1 1-3文獻回顧 2 1-4研究目標與方法 3 1-5章節安排 4 第二章 無人飛行載具系統架構 5 2-1整體系統架構 5 2-2飛行載具硬體 6 2-3機載控制系統 8 2-4地面站系統 16 第三章 載具制御方程式推導 19 3-1座標轉換關係 19 3-2制御方程式推導 22 3-3數學模型線性化 28 第四章 系統設計與控制律模擬 31 4-1載具設計 31 4-2控制模式 33 4-3控制律設計 36 4-4控制律模擬 41 第五章 飛行測試實驗結果 44 5-1感測器測試 44 5-2地面測試 51 5-3實際飛行測試 52 第六章 結論與未來展望 58 6-1結論 58 6-2未來展望 58 參考文獻 60 自述 62

    [1] W. E. Green, P. Y. Oh, “A MAV That Flies Like an Airplane and Hover Like a Helicopter”, IEEE/RSJ International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, pp. 699-704, Monterey, CA, 2005.
    [2] W. E. Green, “A Multimodal Micro Air Vehicle for Autonomous Flight in Near-Earth Environments”, Drexel University, Philadelphia, PA, 2007.
    [3] S. Osborne, ” Transitions between Hover and Level Flight for a Tailsitter UAV”, Brigham Young University, December, 2007.
    [4] M. Valenti, A. Frank, J. McGrew, J. P. How., D. Levine, J. McGrew, ”Hover, Transition, and Level Flight Control Design for a Single-Propeller Indoor Airplane”, Massachusetts Institute of Technology, May, 2007.
    [5] http://www.spyplanes.com/
    [6] 簡佑旭, “無人飛行載具自主飛行控制之實現”, 國立成功大學, 2004
    [7] 楊閔傑, “小型無人自主飛行載具之嵌入型分散式架構航電系統與地面通訊基地台之規劃與開發”, 元智大學, 2004
    [8] 楊元坤, “無人飛行船自主性控制設計與實現”, 國立成功大學, 航空太空工程學系, 2002.
    [9] 蔡彥祥, “高機動性飛行控制系統之研發”, 國立成功大學, 航空太空工程學系, 2006.
    [10] 王國智, “以嵌入式微處理器為基礎之無人載具控制系統之研發”, 國立成功大學, 航空太空工程學系, 2006.
    [11] 謝成, “Attitude Control of a Tail-sitter”, 無人載具控制系統實驗室內部報告, 國立成功大學, 航空太空工程學系, 2009.

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2009-06-12公開
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