make_me_wonder_26
New Member
Đồ án Tốt nghiệp đại học chuyên ngành điện tử viễn thông - Nghiên cứu xây dựng kênh thông tin vô tuyến điều khiển cho máy bay không người lái
MỤC LỤC ....................................................................................................................... 1
DANH MỤC HÌNH ẢNH............................................................................................... 3
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................. 8
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ 9
BẢNG KÊ CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ MỘT SỐ KÝ HIỆU CHÍNH........................... 4
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU................................................................................................... 6
1. Lý do chọn đề tài......................................................................................................6
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án...........................................................7
3. Phương pháp nghiên cứu..........................................................................................7
4. Mục tiêu....................................................................................................................7
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ UAV........................................................................... 8
2.1. Khái quát lịch sử phát triển và ứng dụng của UAV .............................................8
2.1.1. Lịch sử phát triển của UAV.......................................................................... 8
2.1.2. Vai trò và khả năng ứng dụng của UAV...................................................... 9
2.2. Tình hình nghiên cứu phát triển UAV trên thế giới ...........................................10
2.2.1. Phát triển UAV của một số nước trên thế giới........................................... 10
2.2.2. Phân loại UAV............................................................................................ 14
2.3. Tình hình nghiên cứu và phát triển UAV ở nước ta...........................................19
2.3.1. Phát triển máy bay mô hình ở Việt Nam.................................................... 19
2.3.2 Nghiên cứu và phát triển UAV.................................................................... 21
CHƯƠNG 3: CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ CƠ HỌC BAY CỦA UAV .................... 24
3.1. Các hệ tọa độ thường dùng ................................................................................24
3.1.1. Hệ toạ độ mặt đất O0x0y0z0......................................................................... 24
3.1.2. Hệ trục toạ độ tốc độ Oxcyczc. .................................................................... 24
3.1.3. Hệ trục toạ độ tốc độ thẳng đứng Oxyz ..................................................... 24
3.1.4. Hệ trục toạ độ liên kết Ox1y1z1................................................................... 25
3.2. Các góc xác định trạng thái và quỹ đạo bay.......................................................25
3.2.1. Góc tấn α..................................................................................................... 26
3.2.2. Góc trượt cạnh β ........................................................................................ 26
3.2.3. Góc nghiêng quỹ đạo θ ............................................................................... 27
2
3.2.4. Góc xoay quỹ đạo φ.................................................................................... 27
3.2.5. Góc chúc ngóc ......................................................................................... 28
3.2.6. Góc đổi hướng bay ψ.................................................................................. 28
3.2.7. Góc nghiêng UAV γ ................................................................................... 29
3.3. Các dạng chuyển động chính của UAV..............................................................29
3.4. Các lực và mômen khí động học ........................................................................30
3.4.1. Các lực tác dụng lên UAV.......................................................................... 30
3.4.2. Các mômen tác dụng lên UAV .................................................................. 33
3.5. Khí quyển và nhiễu động của khí quyển ............................................................37
CHƯƠNG 4: HỆ PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA UAV.......................... 38
4.1. Bài toán chuyển động của UAV ........................................................................38
4.1.1. Các giả thiết cơ bản .................................................................................... 38
4.1.2. Bài toán chuyển động của UAV như một đối tượng điều khiển ............... 39
4.2.Hệ phương trình chuyển động của trọng tâm UAV ............................................40
4.2.1. Các phương trình động lực học. ................................................................. 40
4.2.2. Các phương trình động hình học................................................................ 44
4.2.3. Hệ phương trình chuyển động của trọng tâm UAV trong không gian...... 45
4.3. Hoàn chỉnh hệ phương trình chuyển động của UAV.........................................46
CHƯƠNG 5: TỔNG HỢP, TỐI ƯU BỘ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH GÓC CHÚC
NGÓC KHI CÓ NHIỄU GIÓ ĐỨNG .......................................................................... 48
5.1 Đặt vấn đề.............................................................................................................48
5.2 Khí quyển và nhiễu động khí quyển ....................................................................48
5.3. Bộ tự động điều chỉnh điều khiển – cơ cấu trợ dẫn............................................50
5.3.1. Bộ tự động điều chỉnh điều khiển .............................................................. 50
5.3.2. Cơ cấu trợ dẫn............................................................................................. 51
5.4. Mạch vòng ổn định góc chúc ngóc.....................................................................51
5.4.1. Xây dựng mạch vòng điều khiển ổn định góc chúc ngóc.......................... 52
5.4.2. Lựa chọn, tính toán các thông số của hàm truyền và bộ điều khiển ......... 52
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................................... 59
PHỤ LỤC....................................................................................................................... 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 63
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Máy bay không người lái (UAV) là một trong những loại khí cụ bay không
người lái có điều khiển. Từ khi ra đời đến nay UAV ngày càng được sử dụng phổ biến
trong nhiều lĩnh vực: chụp ảnh trên không, giám sát trên bộ, trên biển, chống buôn lậu,
kiểm soát môi trường, bảo vệ rừng, thăm dò địa chất, dịch vụ nông – ngư nghiệp. Tuy
nhiên UAV được sử dụng nhiều nhất trong lĩnh vực an ninh quốc phòng. Trong quân
sự UAV được sử dụng để thực hiện nhiệm vụ trinh sát, chụp ảnh, giám sát chiến
trường, chỉ thị mục tiêu... Hơn nữa do đặc điểm có kích thước nhỏ, khó bị phát hiện
nên UAV dễ dàng xâm nhập không phận đối tượng để trinh sát và gửi ảnh về trung
tâm tạo điều kiện cho lực lượng tiến công có thể có được những hình ảnh chính xác về
mục tiêu trong thời gian thực.
Về mặt kỹ thuật, UAV có nhiều điểm giống với máy bay có người lái. Tuy
nhiên chúng có những điểm khác biệt như:
Chi phí cho nghiên cứu phát triển, chế tạo, vận hành, đảm bảo kỹ thuật thấp.
Không bị tổn thất phi công trong chiến đấu, không tốn kém cho huấn luyện phi
công.
Không bị hạn chế bởi các yếu tố tâm lý của phi công.
Với các ưu điểm trên, cùng với sự tiến bộ nhanh chóng của khoa học và công
nghệ, trong khoảng 10 năm trở lại đây đang diễn ra sự bùng nổ về UAV.
Cũng như các nước trên thế giới, đối với Việt Nam nhu cầu sử dụng UAV trong
thời điểm hiện nay rất đa dạng:
Làm mục tiêu cho máy bay, tên lửa, pháo phòng không... bắn tập.
Sử dụng cho các mục đích trinh sát quân sự: chụp ảnh, tuần tiễu biên giới, hải
đảo... và các nhiệm vụ an ninh quốc phòng và kinh tế xã hội khác.
Do đó việc nghiên cứu tổng hợp hệ thống tự động điều khiển UAV trong điều
kiện có tác động của gió, nhiễu động khí quyển,có khả năng đáp ứng được các yêu cầu
chiến thuật về khả năng cơ động nhanh trong các nhiệm vụ cụ thể hay các tình huống
phức tạp là rất cần thiết.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án
Do khối lượng và thời gian hạn chế của đồ án, hơn nữa chuyển động dọc của
UAV là một chuyển động phức tạp, liên quan trực tiếp đến điều khiển UAV theo quỹ
đạo hành trình, vì vậy đồ án sẽ đi sâu vào khảo sát, nghiên cứu, mô phỏng chuyển
động của UAV và tổng hợp bộ điều khiển ổn định thông số của chuyển động khi có
nhiễu gió đứng.
Để đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển chuyển động dọc được tổng hợp,
đồ án sẽ sử dụng mô hình toán học của máy bay MiG – 21Bis.
3. Phương pháp nghiên cứu
Phân tích, mô phỏng chuyển động dọc của UAV khi có ảnh hưởng của nhiễu
gió đứng.
Nghiên cứu, tổng hợp hệ thống điều khiển ổn định thông số của chuyển động
dọc khi có nhiễu gió đứng.
Đánh giá chất lượng hệ thống bằng phần mềm Matlab.
4. Mục tiêu
Mô phỏng chuyển động dọc của UAV.
Tổng hợp hệ thống điều khiển ổn định thông số của chuyển động dọc - Ổn định
góc chúc ngóc.
Khảo sát chất lượng hệ thống.
CHƯƠNG 3: CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ CƠ HỌC BAY CỦA UAV
3.1. Các hệ tọa độ thường dùng
Khi xem xét bất cứ một chuyển động nào bao giờ chúng ta cũng phải xem xét
trong một hệ trục toạ độ nhất định. Việc chọn hệ trục toạ độ phù hợp sẽ giúp chúng ta
dễ dàng hơn khi phân tích, tính toán chuyển động của UAV trong mặt phẳng cũng như
trong không gian.
Trong động lực học bay, người ta sử dụng 4 hệ trục toạ độ sau:
- Hệ trục toạ độ mặt đất.
- Hệ trục toạ độ tốc độ.
- Hệ trục toạ độ liên kết.
- Hệ trục toạ độ tốc độ thẳng đứng.
3.1.1. Hệ toạ độ mặt đất O0x0y0z0.
- Gốc toạ độ O0: là một điểm nằm trên mặt đất (thường chọn điểm bắt đầu chạy đà).
- Trục O0x0: nằm trên mặt phẳng ngang, có hướng tuỳ chọn.
- Trục O0y0: vuông góc với mặt phẳng ngang, có chiều hướng lên trên.
- Trục O0z0: vuông góc với mặt phẳng O0x0y0, có chiều tạo với Ox0, Oy0 một hệ
tọa độ thuận.
Ý nghĩa: Hệ tọa độ tốc độ mặt đất là hệ tọa độ cố định được sử dụng khi cần
xác định độ cao và quãng đường bay của UAV.
3.1.2. Hệ trục toạ độ tốc độ Oxcyczc.
- Gốc toạ độ O: trùng với trọng tâm UAV.
- Trục Oxc: hướng theo véc tơ tốc độ bay V
- Trục Oyc: vuông góc với Oxc và nằm trong mặt phẳng đối xứng của UAV.
- Trục Ozc: vuông góc với mặt phẳng Oxcyczc tạo với các trục Oxc, Oyc thành hệ tọa
độ thuận (Trục Ozc hướng sang cánh phải)
Ý nghĩa: Hệ tọa độ tốc độ là hệ tọa độ di động gắn với UAV, được sử dụng khi
xem xét các thành phần của lực khí động.
3.1.3. Hệ trục toạ độ tốc độ thẳng đứng Oxyz
- Gốc toạ độ O: trùng với trọng tâm UAV.
- Trục Ox: hướng theo véc tơ tốc độ bay V
- Trục Oy: vuông góc với Oxc và nằm trong mặt phẳng thẳng đứng, chứa trục dọc của UAV.
- Trục Oz: vuông góc với mặt phẳng Oxyz tạo với các trục Ox, Oy thành hệ tọa độ
thuận (Trục Oz hướng sang cánh phải)
Ý nghĩa: Hệ tọa độ tốc độ thẳng đứng là hệ tọa độ di động gắn với UAV, được
sử dụng xây dựng hệ phương trình chuyển động của trọng tâm UAV, đánh giá trạng
thái của UAV và quỹ đạo bay.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
MỤC LỤC ....................................................................................................................... 1
DANH MỤC HÌNH ẢNH............................................................................................... 3
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................. 8
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ 9
BẢNG KÊ CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ MỘT SỐ KÝ HIỆU CHÍNH........................... 4
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU................................................................................................... 6
1. Lý do chọn đề tài......................................................................................................6
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án...........................................................7
3. Phương pháp nghiên cứu..........................................................................................7
4. Mục tiêu....................................................................................................................7
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ UAV........................................................................... 8
2.1. Khái quát lịch sử phát triển và ứng dụng của UAV .............................................8
2.1.1. Lịch sử phát triển của UAV.......................................................................... 8
2.1.2. Vai trò và khả năng ứng dụng của UAV...................................................... 9
2.2. Tình hình nghiên cứu phát triển UAV trên thế giới ...........................................10
2.2.1. Phát triển UAV của một số nước trên thế giới........................................... 10
2.2.2. Phân loại UAV............................................................................................ 14
2.3. Tình hình nghiên cứu và phát triển UAV ở nước ta...........................................19
2.3.1. Phát triển máy bay mô hình ở Việt Nam.................................................... 19
2.3.2 Nghiên cứu và phát triển UAV.................................................................... 21
CHƯƠNG 3: CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ CƠ HỌC BAY CỦA UAV .................... 24
3.1. Các hệ tọa độ thường dùng ................................................................................24
3.1.1. Hệ toạ độ mặt đất O0x0y0z0......................................................................... 24
3.1.2. Hệ trục toạ độ tốc độ Oxcyczc. .................................................................... 24
3.1.3. Hệ trục toạ độ tốc độ thẳng đứng Oxyz ..................................................... 24
3.1.4. Hệ trục toạ độ liên kết Ox1y1z1................................................................... 25
3.2. Các góc xác định trạng thái và quỹ đạo bay.......................................................25
3.2.1. Góc tấn α..................................................................................................... 26
3.2.2. Góc trượt cạnh β ........................................................................................ 26
3.2.3. Góc nghiêng quỹ đạo θ ............................................................................... 27
2
3.2.4. Góc xoay quỹ đạo φ.................................................................................... 27
3.2.5. Góc chúc ngóc ......................................................................................... 28
3.2.6. Góc đổi hướng bay ψ.................................................................................. 28
3.2.7. Góc nghiêng UAV γ ................................................................................... 29
3.3. Các dạng chuyển động chính của UAV..............................................................29
3.4. Các lực và mômen khí động học ........................................................................30
3.4.1. Các lực tác dụng lên UAV.......................................................................... 30
3.4.2. Các mômen tác dụng lên UAV .................................................................. 33
3.5. Khí quyển và nhiễu động của khí quyển ............................................................37
CHƯƠNG 4: HỆ PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA UAV.......................... 38
4.1. Bài toán chuyển động của UAV ........................................................................38
4.1.1. Các giả thiết cơ bản .................................................................................... 38
4.1.2. Bài toán chuyển động của UAV như một đối tượng điều khiển ............... 39
4.2.Hệ phương trình chuyển động của trọng tâm UAV ............................................40
4.2.1. Các phương trình động lực học. ................................................................. 40
4.2.2. Các phương trình động hình học................................................................ 44
4.2.3. Hệ phương trình chuyển động của trọng tâm UAV trong không gian...... 45
4.3. Hoàn chỉnh hệ phương trình chuyển động của UAV.........................................46
CHƯƠNG 5: TỔNG HỢP, TỐI ƯU BỘ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH GÓC CHÚC
NGÓC KHI CÓ NHIỄU GIÓ ĐỨNG .......................................................................... 48
5.1 Đặt vấn đề.............................................................................................................48
5.2 Khí quyển và nhiễu động khí quyển ....................................................................48
5.3. Bộ tự động điều chỉnh điều khiển – cơ cấu trợ dẫn............................................50
5.3.1. Bộ tự động điều chỉnh điều khiển .............................................................. 50
5.3.2. Cơ cấu trợ dẫn............................................................................................. 51
5.4. Mạch vòng ổn định góc chúc ngóc.....................................................................51
5.4.1. Xây dựng mạch vòng điều khiển ổn định góc chúc ngóc.......................... 52
5.4.2. Lựa chọn, tính toán các thông số của hàm truyền và bộ điều khiển ......... 52
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................................... 59
PHỤ LỤC....................................................................................................................... 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 63
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Máy bay không người lái (UAV) là một trong những loại khí cụ bay không
người lái có điều khiển. Từ khi ra đời đến nay UAV ngày càng được sử dụng phổ biến
trong nhiều lĩnh vực: chụp ảnh trên không, giám sát trên bộ, trên biển, chống buôn lậu,
kiểm soát môi trường, bảo vệ rừng, thăm dò địa chất, dịch vụ nông – ngư nghiệp. Tuy
nhiên UAV được sử dụng nhiều nhất trong lĩnh vực an ninh quốc phòng. Trong quân
sự UAV được sử dụng để thực hiện nhiệm vụ trinh sát, chụp ảnh, giám sát chiến
trường, chỉ thị mục tiêu... Hơn nữa do đặc điểm có kích thước nhỏ, khó bị phát hiện
nên UAV dễ dàng xâm nhập không phận đối tượng để trinh sát và gửi ảnh về trung
tâm tạo điều kiện cho lực lượng tiến công có thể có được những hình ảnh chính xác về
mục tiêu trong thời gian thực.
Về mặt kỹ thuật, UAV có nhiều điểm giống với máy bay có người lái. Tuy
nhiên chúng có những điểm khác biệt như:
Chi phí cho nghiên cứu phát triển, chế tạo, vận hành, đảm bảo kỹ thuật thấp.
Không bị tổn thất phi công trong chiến đấu, không tốn kém cho huấn luyện phi
công.
Không bị hạn chế bởi các yếu tố tâm lý của phi công.
Với các ưu điểm trên, cùng với sự tiến bộ nhanh chóng của khoa học và công
nghệ, trong khoảng 10 năm trở lại đây đang diễn ra sự bùng nổ về UAV.
Cũng như các nước trên thế giới, đối với Việt Nam nhu cầu sử dụng UAV trong
thời điểm hiện nay rất đa dạng:
Làm mục tiêu cho máy bay, tên lửa, pháo phòng không... bắn tập.
Sử dụng cho các mục đích trinh sát quân sự: chụp ảnh, tuần tiễu biên giới, hải
đảo... và các nhiệm vụ an ninh quốc phòng và kinh tế xã hội khác.
Do đó việc nghiên cứu tổng hợp hệ thống tự động điều khiển UAV trong điều
kiện có tác động của gió, nhiễu động khí quyển,có khả năng đáp ứng được các yêu cầu
chiến thuật về khả năng cơ động nhanh trong các nhiệm vụ cụ thể hay các tình huống
phức tạp là rất cần thiết.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án
Do khối lượng và thời gian hạn chế của đồ án, hơn nữa chuyển động dọc của
UAV là một chuyển động phức tạp, liên quan trực tiếp đến điều khiển UAV theo quỹ
đạo hành trình, vì vậy đồ án sẽ đi sâu vào khảo sát, nghiên cứu, mô phỏng chuyển
động của UAV và tổng hợp bộ điều khiển ổn định thông số của chuyển động khi có
nhiễu gió đứng.
Để đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển chuyển động dọc được tổng hợp,
đồ án sẽ sử dụng mô hình toán học của máy bay MiG – 21Bis.
3. Phương pháp nghiên cứu
Phân tích, mô phỏng chuyển động dọc của UAV khi có ảnh hưởng của nhiễu
gió đứng.
Nghiên cứu, tổng hợp hệ thống điều khiển ổn định thông số của chuyển động
dọc khi có nhiễu gió đứng.
Đánh giá chất lượng hệ thống bằng phần mềm Matlab.
4. Mục tiêu
Mô phỏng chuyển động dọc của UAV.
Tổng hợp hệ thống điều khiển ổn định thông số của chuyển động dọc - Ổn định
góc chúc ngóc.
Khảo sát chất lượng hệ thống.
CHƯƠNG 3: CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ CƠ HỌC BAY CỦA UAV
3.1. Các hệ tọa độ thường dùng
Khi xem xét bất cứ một chuyển động nào bao giờ chúng ta cũng phải xem xét
trong một hệ trục toạ độ nhất định. Việc chọn hệ trục toạ độ phù hợp sẽ giúp chúng ta
dễ dàng hơn khi phân tích, tính toán chuyển động của UAV trong mặt phẳng cũng như
trong không gian.
Trong động lực học bay, người ta sử dụng 4 hệ trục toạ độ sau:
- Hệ trục toạ độ mặt đất.
- Hệ trục toạ độ tốc độ.
- Hệ trục toạ độ liên kết.
- Hệ trục toạ độ tốc độ thẳng đứng.
3.1.1. Hệ toạ độ mặt đất O0x0y0z0.
- Gốc toạ độ O0: là một điểm nằm trên mặt đất (thường chọn điểm bắt đầu chạy đà).
- Trục O0x0: nằm trên mặt phẳng ngang, có hướng tuỳ chọn.
- Trục O0y0: vuông góc với mặt phẳng ngang, có chiều hướng lên trên.
- Trục O0z0: vuông góc với mặt phẳng O0x0y0, có chiều tạo với Ox0, Oy0 một hệ
tọa độ thuận.
Ý nghĩa: Hệ tọa độ tốc độ mặt đất là hệ tọa độ cố định được sử dụng khi cần
xác định độ cao và quãng đường bay của UAV.
3.1.2. Hệ trục toạ độ tốc độ Oxcyczc.
- Gốc toạ độ O: trùng với trọng tâm UAV.
- Trục Oxc: hướng theo véc tơ tốc độ bay V
- Trục Oyc: vuông góc với Oxc và nằm trong mặt phẳng đối xứng của UAV.
- Trục Ozc: vuông góc với mặt phẳng Oxcyczc tạo với các trục Oxc, Oyc thành hệ tọa
độ thuận (Trục Ozc hướng sang cánh phải)
Ý nghĩa: Hệ tọa độ tốc độ là hệ tọa độ di động gắn với UAV, được sử dụng khi
xem xét các thành phần của lực khí động.
3.1.3. Hệ trục toạ độ tốc độ thẳng đứng Oxyz
- Gốc toạ độ O: trùng với trọng tâm UAV.
- Trục Ox: hướng theo véc tơ tốc độ bay V
- Trục Oy: vuông góc với Oxc và nằm trong mặt phẳng thẳng đứng, chứa trục dọc của UAV.
- Trục Oz: vuông góc với mặt phẳng Oxyz tạo với các trục Ox, Oy thành hệ tọa độ
thuận (Trục Oz hướng sang cánh phải)
Ý nghĩa: Hệ tọa độ tốc độ thẳng đứng là hệ tọa độ di động gắn với UAV, được
sử dụng xây dựng hệ phương trình chuyển động của trọng tâm UAV, đánh giá trạng
thái của UAV và quỹ đạo bay.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: