[공학실험]무인항공기 비행 제어 시스템 실험

소개

한국항공대학교 항공우주기계공학 공학실험 레포트 입니다.

S교수님 무인항공기 비행 제어 시스템 실험 보고서입니다.

이번학기 조 발표 A+을 받은 레포트 입니다. 미리보기를 통해 보시면 아시겠지만,

상당히 수고를 해서 만든 레포트 입니다. 개인용도 이외 타 용도로는

부디 이용안해주셨으면 합니다.

목차

1. 서론

2. 항공기 제원 및 구성장치
-소형 무인항공기 제원 표

3. [PID제어기]
1.비례(P) 제어기
2.비례적분(PI) 제어기
3.비례미분(PD) 제어기

4.비례적분미분(PID) 제어기

항공기 제원 및 구성장치
1. 비행 제어 컴퓨터
2. FCC
3. AHRS(Attitude Heading Reference System)
4. GPS(Global Positioning Systems)
5. 통신 Modem
6. 데이터 저장 매체
7. PWM Generator

Roll 과 Aileron 관계에서 Aileron1,2 의 부호규약
[매틀랩 그래프 분석]

-시간에 따른 pitch-roll에 각도 변화 (P=0,D=0.15)
-시간에 따른 pitch-elevator에 각도 변화(P=0,D=0.15)
-시간에 따른 Rate Y 의 변화 (P=0,D=0.15)
-시간에 따른 Roll, Pitch 변화 (P=0 D=0.15)
-시간에 따른 Roll-Aileron1,2의 변화 (P=0 D=0.15)
-시간에 따른 Rate X 변화 (P=0 D=0.15)
-시간에 따른 Pitch-Roll의 각도변화 (P=0.7 D=0.15)
-시간에 따른 Pitch-Elevator의 각도변화 (P=0.7 D=0.15)
-시간에 따른 Rate Y 변화 (P=0.7 D=0.15)
-시간에 따른 Roll, Pitch 변화 (P=0.7 D=0.15)
-시간에 따른 Roll-Aileron1,2의 변화 (P=0.7 D=0.15)
-시간에 따른 Rate X 변화 (P=0.7 D=0.15)
-시간에 따른 Pitch-Roll의 각도변화 (P=0.7 D=0)
-시간에 따른 Pitch-Elevator의 각도변화 (P=0.7 D=0)
-시간에 따른 Rate Y 변화 (P=0.7 D=0)
-시간에 따른 Roll, Pitch 변화 (P=0.7 D=0)
-시간에 따른 Roll-Aileron1,2의 변화 (P=0.7 D=0)
-시간에 따른 Rate X 변화 (P=0.7 D=0)

Gain값에 따른 확대그림 해석
P-Gain
D-Gain
PD-Gain

-Final Value의 10% 수렴 정착시간 분석
D 제어 그래프(P=0 D=0.15) (피치 엘리베이터)
PD 제어 그래프(P=0.7 D=0.15) (피치 엘리베이터)
P 제어 그래프(P=0.7 D=0) (롤)
D 제어 그래프(P=0 D=0.15) (롤)
PD 제어 그래프(P=0.7 D=0.15) (피치 엘리베이터)

조원들 실험소감

본문내용

1. 서론
무인항공기(UAV : Unmanned Aerial Vehicle)는 최근 각광받고 있는 항공관련 분야이다.
무인항공기란 일반적으로 조종사가 탑승하지 않은 상태에서 지상에서의 원격 조종에 의해 또는 사전에 입력된 프로그램에 따라 또는 항공기 스스로 주위 환경(장애물, 항로)을 인식하고 판단하여 자율 비행(Autonomous Flying)하는 항공기를 말한다. 이러한 부분에 대하여 현재 국내외 연구 기관과 대학들에서 자율 비행 시스템 구축을 주제로 다양한 연구들이 이루어 지고 있다. 그에따라 이번 실험에서는 무인항공기의 비행제어시스템에 대하여 학습하고 `Auto Control` 비행을 위하여 가장 기본이 되는 항공기의 자세 제어를 위하여 설계된 PID 제어기를 사용하여, Roll, Pitch , Gain 값 변화에 따라 무인항공기의 levator, Aileron의 반응을 살펴보고, 그에 따라 출력된 데이터를 바탕으로 결과를 도출하여 비교분석한다.

2. 항공기 제원 및 구성장치

[무인항공기의 전체 시스템구성]
지상 조종사가 조종기를 사용하여 수동으로 조종하게 될 때,
조 종 명령은 조종기의 R/C 송신기를 통하여 전송되며, 동시에 제어 신호 생성 Module에서 Digital 신호를 변환 된다. 그때 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 수동제어 신호를, 자동 상태에서는 비행 제어 컴퓨터의 자동 제어 신호를 PWM 파형으로 변환하여 무인항공기의 각 조종면을 제어하는 Servo Motor로 인가하게 된다.
이때 Servo motor는 인가된 전압으로 각 조종면을 제어한다. 비행 제어 컴퓨터에서는 무인항공기에 장착된 GPS와 AHRS 정보들을 수신하여 자동 제어 신호를 생성하며, 동시에 항공기 현재 비행 상태 정보들은 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.

참고자료

· 한국항공대학교 자동제어 lab실 자료