응용공학실험 레포트 - 무인항공기 비행제어시스템 실험

소개글

우수한 성적을 받은 응용공학실험 레포트 입니다.
응용공학실험 레포트 뿐만 아니라, 비행제어 및 자동제어 파라미터 추정 기초 레포트로도 활용가능합니다
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목차

Ⅰ. 서 론
1. 실험 목적

Ⅱ. 본 론
2. 실험이론
2-1. 무인항공기의 시스템 구성
2-2. 장비
2.2.1. 비행제어 컴퓨터(FCC)
2.2.2. AHRS(Attitude Heading Reference System)
2.2.3. GPS (Global Positioning System)　
2.2.4. 통신 Modem
2.2.5. PWM Generator
2-3 항공기의 자세 측정 방법 및 자세 제어
2.3.1. 수평계 (Vertical Gyro)
(1) 레벨 스위치에 의한 자립 조종 (Election Control)
(2) 진자와 싱크로에 의한 자립 조종
(3) 진자와 자석에 의한 자립 조종
(4) 볼에 의한 자립 조종 (Election Control)
(5) 공기 분사에 의한 자립 조종 (Election Control)
2.3.2. 정침계 (Directional Gyro)
(1) 이렉션 (Erection)
ⅰ) 레벨 스위치(Level Switch)에 의한 방법
ⅱ) 공기의 분사에 의한 방법 A
ⅲ) 공기의 분사에 의한 방법 B
(2) 슬레이빙 (Slaving)
2.3.3. 선회계 (Turn Indicator, Turn Coordinator)
2.3.4. ADI (Attitude Director Indicator)
(1) 자세의 현상(Status)표시
(2) 롤자세 조작 커맨드
ⅰ) 헤딩 모드 (Heading Mode)
ⅱ) 네비게이션 모드 (Navigation Mode)
ⅲ) 어프로치 모드 (Approach Mode)
(3) 피치 자세 조작 커맨드
ⅰ) Altitude Hold Mode
ⅱ) Vertical Speed Mode
ⅲ) Approach Mode
(4) 그 외의 조작 커맨드
2.3.5. PID 기법
(1) P 제어
(2) I 제어
(3) D 제어
(4) PD 제어
ⅰ) Overshoot
ⅱ) 목표값 도달 시간()
ⅲ) 정상상태 오차
(5) PID 제어

Ⅲ. 결 론
3. 실험결과 및 비교분석
3-1. Pitch - PD
3.1.1 고속비행과 저속비행 그래프 분석
3.1.2 각속도 분석 및 MATLAB Source
3-2. Pitch - P
3.2.1 고속비행과 저속비행 그래프 분석
3.2.2 각속도 분석 및 MATLAB Source
3-3. Pitch - D
3.3.1 고속비행과 저속비행 그래프 분석
3.3.2 각속도 분석 및 MATLAB Source
3-4. Roll - PD
3.4.1 고속비행과 저속비행 그래프 분석
3.4.2 각속도 분석 및 MATLAB Source
3-5. Roll - P
3.5.1 고속비행과 저속비행 그래프 분석
3.5.2 각속도 분석 및 MATLAB Source
3-6. Roll - D
3.6.1 고속비행과 저속비행 그래프 분석
3.6.2 각속도 분석 및 MATLAB Source
4. 결론 및 소감

본문내용

무인항공기(UAV - Unmanned Aerial Vehicle)란 일반적으로 조송사가 탑승하지 않은 상태에서 지상에서 원경 조종에 의해 또는 사전에 입력된 프로그램에 따라 비행하는 자동비행과 항공기가 스스로 주위 환경장애, 항로를 인식하고 판단하는 자율비행 항공기를 말한다.
본 실험에서는 무인항공기의 비행제어시스템에 대하여 학습한다. 자동 및 자율 비행을 위하여 기본이 되는 자세제어를 위하여 설계된 PID 제어기를 이용하여, PD- gain, P-gain, D-gain 값 변화에 따른 무인항공기의 자세제어 원리를 이해하고, Roll, Pitch 변화속도와 Gain 값 변화에 따른 무인항공기의 조종면 반응상태를 살펴보고, 출력된 데이터를 바탕으로 결과를 도출하여 분석하도록 한다.

<중략>

위 그림은 전체 시스템 구성을 나타낸 것이다. 지상 조종사가 조종기를 사용하여 수동으로 조종하게 될 때, 조종 명령은 조종기의 R/C 송신기를 통하여 전송되며, 동시에 제어 신호 생성 Module에서 Digital 신호로 변환 된다. 그 때 변환된 제어 신호가 통신 Modem을 통하여 무인항공기로 전송된다. 무인항공기에서는 이들을 수신하여 Switching Module을 통하여 하나의 신호를 선택하여 비행 제어 컴퓨터와 PWM Generator로 전송하게 되고, PWM Generator에서는 수동 상태에서는 수동 제어 신호를, 자동 상태에서는 비행 제어 컴퓨터의 자동 제어 신호를 PWM 파형으로 변환하여 무인항공기의 각 조종면을 제어하는 Servo Motor로 인가하게 된다. 이 때 Servo Motor는 인가된 전압을 Torque 7Kgcm, Response 0.24sec로 각 조종면을 제어한다. 비행 제어 컴퓨터에서는 무인항공기에 장착된 GPS와 AHRS 정보들을 수신하여 자동 제어 신호를 생성하며, 동시에 항공기 현재 비행 상태 정보들을 통신 Modem을 통하여 지상으로 전송한다. 무인항공기 비행 상태 정보들은 지상의 Monitoring Program을 통하여 지상 통제 요원 및 조종사에게 실시간으로 항공기 정보들을 확인하여 임무를 진행하게 된다.

참고 자료

없음