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研究生: 楊榮峯
Yang, Jung-Feng
論文名稱: 四旋翼機之姿態控制
Attitude Control of Quadrotor
指導教授: 陳介力
Chen, Chieh-Li
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: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 50
中文關鍵詞: 姿態控制無人飛行載具四旋翼機PID控制
外文關鍵詞: Attitude Control, Unmanned Aerial Vehicles, UAV, Quadrotor, PID
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  • 無人飛行載具的研究與發展在近年來已經是相關業界與學術界的熱門研究課題,主要因為其重量輕、體積小與動態靈敏性高,而在戰略價值上也扮演著相當重要的角色,尤其無須去考慮駕駛人員的負擔,更吸引研究者紛紛投入這深具潛力的領域。無人飛行載具的發展歷史上,主要分為定翼機與旋翼機這兩種類別,本研究著重在四旋翼機體動態控制,藉由控制扇葉攻角的角度來操控四旋翼系統的升力變化,進而達到在姿態行進上的位置控制,配合PID閉迴路控制器與自訂的控制策略,從起始點到目標點位置資訊產生四旋翼機身的姿態角姿態,藉由伺服機構來控制各部位扇葉攻角來完成所下達的控制命令。本文不僅建立載具的完整數學模型,更配合幾種簡易的情境模擬,來驗證控制系統的可行性。

    Investigations and researches on Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have become the most popular topics recently, because of the advantages on small size, light structures and high maneuverability. Even in military application, the UAV has its merits to investigate. Without concerning about the safety of pilot is the key merit which attracts researchers to join this field. There were two primary categories of UAVs, fixed-wing UAVs and rotary-wing UAVs. This thesis concerns about the dynamics of quadrotor, where the lift of craft is manipulated by regulating the blade’s pitch angle. The point to point flight is achieved by a corresponding attitude and PID control loops for providing required lift. Numerical simulations demonstrate the performance of the resulting point to point flight of the quadrotor.

    中文摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VII 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 文獻回顧 2 1.4 論文大綱 3 第二章 四旋翼機系統簡介與動態推導 4 2.1 系統架構 4 2.2 飛行原理 5 2.3 馬達之推力和力矩推導 6 2.4 空氣密度公式推導 9 2.5 四旋翼機系統動態推導 11 第三章 系統控制架構設計 16 3.1 系統架構介紹 16 3.1.1 四旋翼機馬達的選取 17 3.1.2 馬達扇葉翼型的選取 18 3.2 導航控制系統設計 21 3.3 角度誤差控制系統設計 22 3.4 馬達扇葉攻角追蹤控制系統設計 24 第四章 數值模擬 27 4.1 點對點垂直起降突然遭遇側風影響 29 4.2 點對點水平移動 33 4.3 點對點空間移動 37 4.4 點對點空間移動伴隨側風影響 41 第五章 結論與未來展望 46 5.1 結論 46 5.2 未來展望 47 參考文獻 48 自述 50

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    下載圖示 校內:2012-08-02公開
    校外:2012-08-02公開
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