بررسی کنترل بهینه و تصحیح خطای صفحه پایدار ژیروسکوپی سه درجه آزادی نصب شده بر روی یک جسم پرنده

بررسی کنترل بهینه و تصحیح خطای صفحه پایدار ژیروسکوپی سه درجه آزادی نصب شده بر روی یک جسم پرنده
بررسی کنترل بهینه و تصحیح خطای صفحه پایدار ژیروسکوپی سه درجه آزادی نصب شده بر روی یک جسم پرنده

بررسی-کنترل-بهینه-و-تصحیح-خطای-صفحه-پایدار-ژیروسکوپی-سه-درجه-آزادی-نصب-شده-بر-روی-یک-جسم-پرنده

تحقیق حاضر با عنوان بررسی کنترل بهینه و تصحیح خطای صفحه پایدار ژیروسکوپی سه درجه آزادی نصب شده بر روی یک جسم پرنده   از سری تحقیق های رشته برق و الکترونیک میباشد. این تحقیق در 77صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد نگارش شده است و همچنین این تحقیق آماده چاپ و پرینت جهت استفاده دانشجویان می باشد.

===================================================================================

تمامی فایل های سیستم، توسط کاربران آن آپلود می شود. اگر در فایلی تخلفی مشاهده کردید و یا مالک پروژه ای بودید که از وجود آن در سایت رضایت نداشتید با ما تماس بگیرید، در اسرع وقت به گزارش شما رسیدگی می شود.
neginfile.ir@gmail.com                       info@neginfile.ir
===================================================================================

قسمتهایی کوتاه از متن:

چکیده
 
در این پایان نامه یک کنترل موفق و مناسب درمورد یک ژیروسکوپ 3 درجه آزادی مورد بررسی قرار گرفته است. یکی از موارد استفاده از این کنترل این است که این کنترل می تواند روی یک وسیله پرنده یا متحرک مورد استفاده قرار بگیرد. هدف نهایی در این پایان نامه طراحی یک صفحه پایدار 3 درجه آزادی میباشد. مدل ریاضی مورد استفاده در این پایان نامه براساس معادلات حرکت اویلر می باشد که شرح کامل آن در متن پایان نامه آمده است. براساس همین مدل ریاضی شبیه سازی های غیرخطی ژیروسکوپ انجام و نتایج نشان داده شده است. کنترل کننده مورد استفاده در این پایان نامه یک کنترلر بهینه LQR خواهد بود که نتایج بدست آمده از آن با یک کنترل کننده سادهPID مقایسه خواهد شد. ضرایب کنترل کننده PIDبراساس گرادیان خطای ناشی از ضرایب به دست آمده است.آزمایشات و شبیه سازی های انجام شده با بکارگیری این کنترلر، توانایی آن را درمورد پایدار سازی صفحه پایدار نشان می دهد.

مقدمه

پلتفرم های 2 درجه آزادی و یا 3 درجه آزادی قطعاتی هستند که به منظور قرار گرفتن در یک زاویه خاص و یا دنبال کردن یک زاویه مورد نظر مورد کنترل قرار می گیرند. یکی از مواردی که در آن می توان از یک صفحه پایدار 3درجه آزادی سود برد در عکسبرداری های هوایی می باشد. برای این منظور می توان یک پلتفرم را روی یک وسیله پرنده قرار داد و با کنترل آن و پایدار نمودن آن در یک زاویه خاص از منطقه و یا هدف خاصی عکس برداری و یا فیلم برداری نمود.
مواردی که به طور گسترده از این گونه اطلاعات هوایی استفاده می کنند عبارتند از: کنترل بحران، مطالعات محیطی و کشاورزی، نقشه برداری و همچنین این اطلاعات به طور گسترده ای توسط پلیس مورد استفاده قرار می گیرد. نمونه ای از این نوع تصویر برداری در شکل 1-1 نشان داده شده است.
استفاده از ژیروسکوپ به عنوان یک سنسور زاویه و سرعت زاویه ای در پلتفرم های پایدار شده مورد استفاده قرار می گیرند. ژیروسکوپ وسیله‌ای برای اندازه‌گیری و یا حفظ جهت می‌باشد که از اصل بقای تکانه ی زاویه‌ای استفاده می‌کند. یک ژیروسکوپ مکانیکی همیشه یک چرخ یا دیسک چرخنده با محور آزاد دارد که می‌تواند در هر جهتی بایستد. این جهتگیری بسیار کمتر بر اثر گشتاور خارجی تغییر می‌کند که این به دلیل ممان زاویه‌ای بزرگ خود به همراه نرخ زیاد چرخش آن است . صرفنظر از اینکه سطحی که وسیله روی آن قرار گرفته چقدر حرکت می‌کند و چون گشتاور خارجی توسط نگاه داشتن وسیله در یک حلقه کمینه می‌شود جهت آن تقریبا ثابت می‌ماند. ژیروسکوپ‌های با تکنولوژی حالت جامد هم وجود دارند مانند ژیروسکوپ‌های حلقه ی لیزری. نمونه ای از این ژیروسکوپهای پیچیده در شکل 2-1 نشان داده شده است.
براي آشنايي با پلتفرم هاي پايدار شده ابتدا بايد بايد زيروسكوپ ها و نقش آنها در پلتفرم هاي پايدار شده را بررسي نمود. از لحاظ فني زيروسكوپ وسيله اي است كه سرعت زا ويه اي را اندازه بگيرد. در قرن هجده، ادوات چرخاني براي ناوبري كشتي ها در هواي مه آلود مورد استفاده قرار گرفت. ژيروسكوپ هاي چرخان قديمي در اوايل قرن 19 اختراع شد و نام ژيروسكوپ در سال 1852 براي آن انتخاب گرديد. در اواخر قرن 19 و اوايل قرن 20 از ژيروسكوپ بر روي كشتي ها به طور گسترده اي استفاده شد. در حدود سال 1916 از ژيروسكوپ ها در هواپيماها استفاده گرديد و هنوز هم در اين مورد استفاده مي شود. در قرن 20 ژيروسكوپ هاي چرخان تكامل يافتند. در سال 1960 ژيروسكوپ هاي نوري براي اولين بار معرفي شدند و به سرعت در بازارهاي جهاني و كاربرد هاي نظامي مورد استفاده قرار گرفتند. از 15 سال پيش تا كنون ژيروسكوپ های MEMS معرفي شدند و پيشرفت هايي براي توليد انبوه آن ها نسب به ژيروسكوپ هاي قديمي كوچك به دست آمد.
عملكرد ژيروسكوپ ها با توجه به نوع آن ها متفاوت مي باشد. ژيروسكوپ هاي چرخان قديمي بر اساس يك شئي چرخنده کار می کند كه انحراف زاویه آن بصورت عمودی نسبت به جهت چرخش تقدم خواهد داشت. این تقدم وسيله را در جهت عمودي نگه مي دارد و بنابراين زاويه نسبت به سطح مرجع مي تواند اندازه گرفته شود. ژيروسكوپ هاي نوري معمولا ژيروسكوپ هاي ليزري حلقوی هستند. اين ادوات دو ليزر را در يك مسير دايره اي در جهت مخالف ارسال مي كنند. اگر مسير چرخش داشته باشد، اختلاف فاز اندازه گيري مي شود. این امر با توجه به اين قضيه كه سرعت نور ثابت مي ماند انجام می گیرد. معمولا مسير حلقه اي مثلث يا مربع هستند كه با استفاده از آينه هايي در گوشه ها توليد شده اند. ژيروسكوپ هاي نوري به عنوان یک پیشرفت بزرگ در ژیروسکوپ های چرخشی به حساب می آید چراکه فرسایشی نداشته و علاوه بر قابلیت اعتماد بالا از حجم کمی نیز برخوردار هستند.
حتی پس از معرفی ژیروسکوپ های حلقوی، ویژگی های دیگری از ژیروسکوپ ها انتظار می رفت. ژیروسکوپ های MEMS به منظور تولید ادوات حساس تر و کوچک تر مورد توجه قرار گرفتند.
کاربردهای ژیروسکوپ شامل هدایت، زمانی که قطب‌های مغناطیسی کار نمی‌کنند (مانند تلسکوپ هابل) و یا به اندازه کافی دقیق نیستند و یا برای پایدارسازی ماشین‌های پرنده مثل هلیکوپترهای هدایت شونده توسط رادیو و یا  UAVها به منظور عکس برداری های هوایی می‌باشد. به دلیل دقت بالاتر، ژیروسکوپ‌ها همچنین در حفظ جهت در معدن کاری تونل‌ها هم به کار می‌روند.
پلتفرم هاي ژايروسكوپي قرار گرفته بر روي وسايل پرنده مخصوصا موشك ها و هواپيماهاي بدون سرنشين (UAV) به عنوان يك مسئله مهم در تجهيزات ناوبري تبديل شده اند. همچنين اين ادوات به عنوان تجهيزات مناسبي براي ديده باني،  سيستم هاي تعقيب، موقعيت يابي هدف و دوربين هاي تلوزيوني مورد استفاده قرار مي گيرند. شکل 3-1 نمونه ای از استفاده از پلتفرم های پایدار شده را در یک ناوچه نظامی نشان می دهد.
در ادامه پلتفرم هاي ژايروسكوپي بايد با بالا بردن قابلبت اعتماد عملياتي آن ها و دقت بالاي آن ها بهبود داده شوند تا بتوانند يك حركت از پيش تعيين شده را به خوبي دنبال كنند. از آنجا كه موقعيت هاي عملياتي شامل لرزش ها و اغتشاشات خارجي مي باشد انتخاب پارامترهاي پلتفرم هم در مرحله طراحي و هم در مرحله عملياتي از اهميت بالايي برخوردار خواهد بود.


فهرست مطالب


چکیده     3

فصل اول              4 
مقدمه               4
 1 - 1 عکس برداری و فیلم برداری هوایی     7
1- 2  اهداف پایان نامه     10
1- 3 قواعد و اصول     10

فصل دوم:  تئوری ژیروسکوپ و استخراج مدل آن        15     
2- 1  تعریف محورهای مختصات      15
2 – 1- 1 محور مختصات اینرسی     15
2 – 1- 2 محور مختصات بدنه هواپیما      16
2-1-3  محور مختصات پلتفرم    17
2-1-4  محور مختصات گیمبال     18
 2- 2 زوایای حرکات افقی و عمودی    18
2-3  دوران اویلر    20
2-4  نرخ دوران اویلر    22
2-5 معادلات حرکت اویلر    23
2-6  معادلات حرکت ژیروسکوپ    25
2-6-1  اغتشاشات گشتاوری ناشی از اصطکاک    31

فصل سوم:  شبيه‌سازي‌هاي مدل استخراج شده      34
3-1 پاسخ زيروسكوپ به ورودي گشتاور پله          34
3-2 پاسخ ديناميك پياده‌سازي شده بدون در نظر گرفتن اصطكاك     36

فصل چهارم: طراحي كنترلر        41   
4-1 مقدمه      41  
4-2  معادلات حالت و قانون كنتر لی      41   
4-3  كنترل‌پذيري    48
4-4- طراحي كنترلر    49
4-4-1  روش كنترل PID    49
4-4-2 روش زيگلر- نيكولز براي تنظيم پارامترهاي PID    50
4-5 طراحي كنترلر حرکات عمودی    53
4-5-1 طراحي كنترلر بر اساس روش زیگلر نیکولز    53
4-5-2 طراحي كنترلر براساس بهینه سازی    57
4-5-  3  طراحی کنترل کننده بر اساس روش کنترل بهینه  LQR         62 
6-4- طراحی کنترلر حرکات افقی    74
7-4-نتیجه گیری    71

دانلود فایل


لینک دانلود

✔ نمایش جزئیات بیشتر و دریافت فایل