Szybkie prototypowanie elementów układu sterowania dla platformy latającej typu quadrotor

• Autorzy: Czyba R. , Szafrański G.

Warianty tytułu

EN

Fast prototyping of the flying platform control system components

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono strukturę układu regulacji opartego na dyskretnej realizacji algorytmu PID oraz etapy projektowania poszczególnych elementów układu sterowania dla platformy latającej VTOL (ang. Vertical Take Off and Landing) typu quadrotor. Przedstawiono również koncepcję budowy układu pomiarowego orientacji przestrzennej opartą na zintegrowanym czujniku AHRS (ang. Attitude and Heading Reference System). W procesie projektowania wykorzystano środowisko Matlab/Simulink wraz z systemem mikroprocesorowym opartym na mikrokontrolerze z rodziny PowerPC. Rozwiązanie w takiej konfiguracji umożliwia szybkie prototypowanie (ang. Fast/Rapid Prototyping) układu sterowania dla zadania sformułowanego jako podukład stabilizacji kątowej. Prezentowane podejście umożliwia również efektywną weryfikację poprawnego działania pojedynczych podukładow warstwy sprzętowej, wchodzących w skład całego systemu sterowania platformy latającej. Istotą komputerowo wspomaganego projektowania układów sterowania (ang. Embedded System) jest możliwość wielokrotnej modyfikacji wirtualnego prototypu, z zagwarantowaniem poprawności kodu wykonywalnego przy jednoczesnym zachowaniu elementów składowych, takich jak: elementy napędowe, czujniki wraz z układami pomiarowymi. Co więcej, możliwa jest rozbudowa systemu wbudowanego w bardziej złożony, pełniący funkcję sterowania, nie tylko w warstwie bezpośredniej, ale również w warstwie nadrzędnej, dla bezzałogowych obiektów latających.

EN

In this paper we focus on the fast prototyping of the attitude stabilization control subsystem of an indoor unmanned aerial vehicle (UAV), known as a quadrotor. The attitude measurement circuit is based on the ADIS16400 sensor, which is a complete inertial system that includes a triaxial gyroscope, a triaxial accelerometer, and a triaxial magnetometer. The design and the initial realization of the control system on an experimental aerial platform have been described. The practical realization of the attitude stabilization system is an important step in the development process of a more advanced capabilities of autonomous flying vehicles. Thus, we use the fast prototyping method together with the Matlab/Simulink software and rapid prototyping kit based on the PowerPC microcontroller. User can manage the peripherals of the microcontroller and implement various of control and data processing algorithms by means of the Simulink block diagrams. The controller can be tuned in real-time simulations jointly with the real plant or its phenomenological model.

Słowa kluczowe

PL

obiekt latający; bezzałogowy obiekt latający; quadrotor; platforma pionowego startu i lądowania; platforma latająca; sterowanie obiektem latającym; układ sterowania; szybkie prototypowanie

EN

flying object; unmanned air vehicle; UAV; quadrotor; Vertical Take Off and Landing; VTOL; flying platform; control of flying object; control system; rapid prototyping

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika
• Rocznik: 2011
• Tom: z. 83(279), nr 3
• Strony: 5--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Czyba R.

autor

Szafrański G.

• Politechnika Śląska

Bibliografia

• [1] Bouabdallah S., Siegwart R.: Full control of a quadrotor, International Conference on Intelligent Robots and Systems, San Diego, USA 2007, s. 153-158.
• [2] Castillo P., Lozano R., Dzul A.E.: Modelling and control of mini-flying machines, Springer, 2005.
• [3] Hong S.K.: Fuzzy logic based closed-loop strapdown attitude system for unmanned aerial vehicle (UAV), Sensors and Actuators A, 2003, s. 109-118.
• [4] Kang C.W., Park C.G.: Attitude estimation with accelerometers and gyros using fuzzy tuned Kalman filter, European Control Conference, Budapest 2009, s. 3713-3718.
• [5] Kim J.H., Min E.G., Cho J.D., Jang J.H., Kwon S., Jeung E.T.: Design of angular estimator of inertial sensor using the least square method, World Academy of Science, Engineering and Technology, 2006, s. 510-513.
• [6] Mrozek Z.: Komputerowo wspomagane projektowanie systemów mechatronicznych, Wydaw. PK, 2002.
• [7] Soumelidis A., Gaspar P., Regula G., Lantos B.: Control of an experimental mini quad-rotor UAV, Proc. 16th Mediterranean Conference on Control and Automation, Ajaccio, France 2008, s. 1252-1257.
• [8] Tayebi A., McGilvray S.: Attitude stabilization of a quadrotor aircraft, IEEE Transaction on Control Systems Technology, vol. 14, no 3, 2006, s. 562-571.