Build a simple quadcopter
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Build a simple quadcopter
- 1. 建立簡易四軸飛行器 Build a Simple Quadcopter 王文宏 Hom19910422@gmail.com 2014/6/15
- 3. 研究背景 2 近 年 來 ， 由 於 微 機 電 系 統 (Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)技術快速發展，造就了 低成本、普及的感測器，使的以演算法與感測器為 核心的四軸飛行器成為熱門的研究課題。
- 9. 相關研究 8 成功大學(National Cheng Kung University)航空 太空工程學系的飛行控制與模擬實驗室研究無人飛 行器載具的導航與控制。
- 10. 相關研究 9 美國賓州大學 (University of Pennsylvania)的 GRASP 實 驗 室 (The General Robotics, Automation, Sensing and Perception)研究飛行器與飛行器間的協 同工作。
- 11. 相關研究 10 瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)動態系統 與控制研究所(Institute for Dynamic Systems and Control)的FMA實驗室(Flying Machine Arena)研究飛 行器的學習和安全性。
- 13. 系統架構－結構 12
- 15. 系統架構－飛控 14
- 16. 系統架構－飛控 15 μController STM32F4 ARM-CortexM4F Freq up to 168MHz 資料SPI RF Module SmartIMU Module USB SPI/UART SD Module 讀寫資料 SDIO UART UART Header 外擴裝置 USB SPI FFCSPI PWM Header ADC Header PWM ADC 讀取資料 電壓電流 控制電調 外擴裝置 CAN Header CAN 控制ESC 外擴裝置
- 17. 系統架構－遙控 16
- 18. 系統架構－遙控 17 SPI Ethernet ETH Module TFTFSMCμController STM32F4 ARM-CortexM4F Freq up to 168MHz 傳送/接收 資料 SPI RF Module IMU Module I2C SD Module 讀寫資料 SDIO 讀取資料 JoyStick ADC 讀取資料 UART UART Header 外擴裝置 USB USB I2C/CAN I2C/CAN Header SPI FFCSPI 外擴裝置 外擴裝置
- 19. 系統架構－遙控 18
- 21. 本文方法－電子羅盤校正 20
- 22. 本文方法－電子羅盤校正 21
- 24. 本文方法－姿態 23
- 25. 本文方法－姿態 Pitch & Roll 24
- 26. 本文方法－姿態 Pitch & Roll 25
- 27. 本文方法－姿態 Yaw 26
- 28. 本文方法－姿態 Yaw 27 Low-Pass Filter High-Pass Filter ∫ θgyro Integer + Yaw ωgyro θmag Yaw = ( k ) * ( Yaw + z.gyro*dt ) + (1 - k) * ( z.mag ) k = τ / ( τ + dt ), τ : Time Constant, dt : Sample Period
- 29. 本文方法－平衡 28 KP KD + - Err = Exp - Ang Exp Output Algorithm Sensor Gyro Ang Output = KP * Err + KD * Gyro
- 30. 目前成果－Pitch & Roll 29 Pitch - Red, Roll - Yellow ( 0.01 deg / LSB )
- 31. 目前成果－Yaw 30 Filter - Blue, No Filter - Yellow ( 0.1 deg / LSB )
- 32. 目前成果－Yaw 31 Filter - Blue, No Filter - Yellow ( 0.1 deg / LSB )
- 33. 結論 32 目前方法已可以大致實現飛行器的平衡， 但仍有以下缺陷及需要改善的部分： 1. 等速運動無法感測。 2. 單一 PID 參數。 3. 運動加速度影響姿態計算。 4. 橢圓擬合不適合應用於空間中。 5. 電池電量影響馬達轉速。
- 34. Q&A 33