無人四軸飛行器其靈敏性高、機動性佳、體積小與重量輕等特點，其應用不再只是侷限在軍事方面，也可適用於一些民生用途如空拍導航、地形偵查等。
故本專題想要以上課所學到的內容，來實現一個基於嵌入式Linux系統的一個四軸飛行器。本專題從基本的直流無刷馬達(BLDC)控制開始著手，到完成整個飛行器控制核心及慣性感測器的系統整合，最後實際測試飛行。本系統所使用的控制核心為Raspberry Pi B+, SoC 晶片為Broadcom BCM2835(ARM11@ 700MHz)。
四軸飛行器主要是利用四顆BLDC來帶動螺旋槳產生的浮力，使得四軸飛行器能於空中進行不同的運動，其中BLDC需要透過驅動電路將單一直流電轉換成三相電流，並透過PWM訊號使BLDC產生不同的轉速。因此，系統使用PCA9685讓Raspberry Pi具備四組硬體PWM輸出能力以控制四顆BLDC。
螺旋槳的轉動會產生作用力與反作用力以及一些旋轉的慣性，且當飛行於室外時，也會因為氣流和風勢的影響，造成四軸飛行器飛行時無法平衡。故，為了達到平穩飛行的目的，我們必須能瞭解四軸飛行器的航向、俯仰、側滾等姿態變化資訊，因此我們利用一顆慣性感測元件MPU6050，其同時包含了加速度計及佗羅儀，可用來即時量測物體運動時的加速度與角加速度。這些加速度與角加速度的變化，再透過控制核心作PID運算處理，並回授矯正誤差值，最後輸出PWM訊號來控制BLDC，使四軸飛行器的能夠達到穩定的平衡飛行。為了加強控制穩定性，量測到的加速度及角加速度訊號於進入PID前，均事先進行互補濾波器(Complementary Filter) 的演算處理。
另外，我們在四軸飛行器上實作一個簡單終端機UI操控界面並安裝一個USB WiFi Dongle (IEEE 802.11n)，使PC端可以透過WiFi隨時得知控制系統的狀態，包含姿態、航向、轉向等，並且可遠端操控四軸飛行器的運動方向，如上升、下降、左旋、右旋。最後，我們四軸飛行器的電源使用的是20C鋰電池，即其具有20倍1C 放電速度鋰電池，才能提供系統及四顆BLDC於同時高速運轉下足夠的消耗電流。
故本專題想要以上課所學到的內容，來實現一個基於嵌入式Linux系統的一個四軸飛行器。本專題從基本的直流無刷馬達(BLDC)控制開始著手，到完成整個飛行器控制核心及慣性感測器的系統整合，最後實際測試飛行。本系統所使用的控制核心為Raspberry Pi B+, SoC 晶片為Broadcom BCM2835(ARM11@ 700MHz)。
四軸飛行器主要是利用四顆BLDC來帶動螺旋槳產生的浮力，使得四軸飛行器能於空中進行不同的運動，其中BLDC需要透過驅動電路將單一直流電轉換成三相電流，並透過PWM訊號使BLDC產生不同的轉速。因此，系統使用PCA9685讓Raspberry Pi具備四組硬體PWM輸出能力以控制四顆BLDC。
螺旋槳的轉動會產生作用力與反作用力以及一些旋轉的慣性，且當飛行於室外時，也會因為氣流和風勢的影響，造成四軸飛行器飛行時無法平衡。故，為了達到平穩飛行的目的，我們必須能瞭解四軸飛行器的航向、俯仰、側滾等姿態變化資訊，因此我們利用一顆慣性感測元件MPU6050，其同時包含了加速度計及佗羅儀，可用來即時量測物體運動時的加速度與角加速度。這些加速度與角加速度的變化，再透過控制核心作PID運算處理，並回授矯正誤差值，最後輸出PWM訊號來控制BLDC，使四軸飛行器的能夠達到穩定的平衡飛行。為了加強控制穩定性，量測到的加速度及角加速度訊號於進入PID前，均事先進行互補濾波器(Complementary Filter) 的演算處理。
另外，我們在四軸飛行器上實作一個簡單終端機UI操控界面並安裝一個USB WiFi Dongle (IEEE 802.11n)，使PC端可以透過WiFi隨時得知控制系統的狀態，包含姿態、航向、轉向等，並且可遠端操控四軸飛行器的運動方向，如上升、下降、左旋、右旋。最後，我們四軸飛行器的電源使用的是20C鋰電池，即其具有20倍1C 放電速度鋰電池，才能提供系統及四顆BLDC於同時高速運轉下足夠的消耗電流。
關鍵詞:
Raspberry Pi,四軸飛行器,Complementary Filter,互補濾波器,BLDC,
,MPU6050,PCA9685,加速度計,佗羅儀,直流無刷馬達,PWM, ,PID,慣性感測器,IMU ,自動控制
沒有留言 :
張貼留言