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研究生:曾志浩
研究生(外文):Tseng Chih-Hao
論文名稱:微飛行器導航與導引架構實現之研究
指導教授:郭智賢
學位類別:碩士
校院名稱:國防大學中正理工學院
系所名稱:兵器系統工程研究所
學門:軍警國防安全學門
學類:軍事學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:微飛行器數穩定與控制飛控與導航系統
外文關鍵詞:Micro Aerial VehiclesDerivativesFlight Control and Navigation SystemStability and Control
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本論文旨在進行微飛行器 (MAV) 載具導航導引硬體架構實現之研究。由於飛行器具有微小、易於攜帶、難以被偵測之特性,使得在軍事用途上極具有應用價值,可為未來高科技作戰型態的偵搜利器,亦是目前先進國家軍事科技重點發展的要項之一。由於微飛行器之尺度小、飛行速度低,造成其飛行雷諾數低,氣動力效率差,使得微飛行器對於外界之干擾相當敏感,且氣動力阻尼低、穩定性差、操縱困難,因此微飛行器的設計與傳統之飛機具有很大的差異性,特別是在飛行穩定控制與導航導引系統之設計上,在進入實際運用階段時,其強健穩定與自主導航將是相當地重要,因此本論文以進行微飛行器增強飛行穩定與導航導引之硬體架構實現研究。本研究運用微飛行器氣動力導數建立非線性六自由度動態模式,然後進行非線性運動系統線性化,再進行PID控制法則、自動駕駛儀設計、以及微飛行器之飛控系統設計,以增強微飛行器之穩定性提升抗干擾能力,再運用導航理論建立導引飛行器之自動導航功能,進行非線性受控系統之飛行路徑及飛行動態模擬,以驗證導引律之可行性並分析其性能。如此,微飛行器可以加強其自主飛行能力,使其具有自動駕駛能力,使操作者只要透過簡單的指令,便能使微飛行器前往執行定點盤旋空照、即時影像傳輸、偵查等任務。
The main objective of this thesis is to study guidance and navigation of micro aerial vehicles (MAV). The development of MAVs has been considered as one of the key military technologies in many countries. MAVs are recognized to be a useful tool for performing reconnaissance missions due to their low observability. For its small size and low airspeed, MAV’s low Reynolds number flight leads itself to a situation of low aerodynamic damping and high sensitivity to atmosphere turbulence, which also bring the challenges in stability and navigation. Thus, the enhancement of the flight stability as well as navigation and guidance performance is desired. In this thesis, a nonlinear dynamical model for six-degree-of-freedom (6 DOF) motion of MAVs was first constructed. Then, linear time variant and invariant models were derived by applying small perturbation theory and linearizing around an equilibrium operating condition. Based on some low Reynolds number wind tunnel test data and theoretical/empirical formulas, flight stability and maneuverability of a whole-wing MAV will be thoroughly investigated using linear and nonlinear dynamical simulations. Moreover, the classical PID controllers, robust controllers will be applied to enhance the flight stability and the implementation of navigation and guidance system will be applied to improve the flying qualities of the MAV. It is expected that the research results are useful in MAV design and operation.。
目錄

誌謝 ii
摘要 iii
ABSTRACT iv
表錄 vii
圖錄 viii
1. 前言 1
1.1前言 1
1.2研究動機與目的 1
1.3研究方法與步驟 4
2. 飛行運動方程式 6
2.1飛行運動方程式推導 6
2.2氣動力參數估算 11
2.3配平與模擬驗證 13
3. 導航系統架構建立 21
3.1導航系統運作規劃 21
3.1.1飛控電腦網路架構 22
3.1.1.1導航晶片 23
3.1.1.2飛控晶片 26
3.1.1.3外部記憶體 29
3.1.2感測元件 32
3.1.2.1類比元件 32
3.1.2.2數位元件 33
3.1.3整體系統時序 35
3.2測試載具 36
3.3飛控系統廻路設計 39
4. 導航理論 42
4.1外積導引律 42
4.2 導引律的設計 44
4.2.1高度維持 44
4.2.2航向維持 45
4.2.3點對點導航 46
5. 導航實測結果 49
5.1雷虎Super Cub EP初期飛試 49
5.1.1水平維持與高度追蹤 49
5.1.2水平維持、高度追蹤與航向追蹤 52
5.2 MAV50 導航實測 60
5.2.1 MAV50 manual飛行 60
5.2.2 MAV50 導航飛行 67
6. 結論與展望 75
參考文獻 77
自傳 80
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