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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:楊宜芬
研究生(外文):Yi-Fen Yang
論文名稱:無人載具導航控制系統之開發
論文名稱(外文):The Development of UAV Navigation and Control System
指導教授:曾百由曾百由引用關係
指導教授(外文):Pai-Yu Tseng
口試委員:吳日華黎文龍
口試委員(外文):Ruh-Hua WuWenlung Li
口試日期:2007-07-27
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機電整合研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
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:66
中文關鍵詞:無人載具GPS導航
外文關鍵詞:UAVNavigationGPS
相關次數:
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無人載具(UAV,Unmanned Autonomous Vehicle),可不需人員操縱駕駛,依照指定程序自動執行、修正並完成任務。本研究利用GPS對載具進行定位,針對GPS所提供的位置資訊,計算載具的相關姿態,並使用PID及FUZZY二種控制法則進行導航控制,經由模擬後實測。
控制核心之主控電腦採用PC104工業電腦,省去龐大的作業系統負載,而可達到即時化的運算處理。程式開發皆使用MATLAB/Simulink進行,其圖形化的介面可免去撰寫程式的麻煩,經由內建編譯器,則可將開發完成的程式直接下載至主控電腦進行運用。
實測部份分為單目標點及多目標點,實測結果証實本研究確實可以以GPS所提供的訊號對載具進行導航,並完成指定路徑。
Unmanned Autonomous Vehicle(UAV) which does not need human manipulate, can follow the designated procedures to execute, modify and complete required mission automatically. This research has utilized Global Positioning Satellite (GPS) system to guide the UAV for navigation. This study has taken advantages of PID and Fuzzy control algorithms to develop guidance and control for UAV. The developed system will be simulated on the computer followed by the experiments.
An embedded industrial computer is chosen as the core processor, in which the control software is developed by MATLAB/Simulink to generate a real-time system. This approach has saved the overhead of the operating system but still achieve the real-time computing. The graphical interface of the MATLAB/Simulink can reduce the developing time and difficulties and transfer the model-based control program to target language and download automatically.
Single and multiple goals navigations have been tested in the road experiments. The results have verified the navigation system developed by this research can use GPS signal to guide the UAV to complete the designate tasks.
摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 無人載具概述 2
1.3 文獻回顧 5
1.4 研究目標與範疇 6
第二章 導航系統規劃與開發 9
2.1 整體架構 9
2.2 開發軟體 11
第三章 導航系統 13
3.1 全球衛星定位系統 13
3.2 導航概念 13
3.3 導航模擬 16
3.2.1 比例積分微分控制 18
3.2.2 模糊邏輯控制 33
第四章 導航系統實測 48
4.1 單目標點實測 50
4.1.1 比例積分微分控制 50
4.1.2 一維模糊控制 52
4.1.3 修正一維模糊控制 53
4.1.4 二維模糊控制 54
4.1.5 模糊積分控制 54
4.2 多目標點實測 55
4.2.1 比例控制 55
4.2.2 比例積分微分控制 56
4.2.3 一維模糊控制 57
4.2.4 修正一維模糊控制 57
4.2.5 二維模糊控制 57
4.2.6 模糊積分控制 58
第五章 結論與未來展望 60
參考文獻 61
作者簡介 66
[1]施宗樺,泛用性導航定位系統之研製,碩士論文,國立交通大學電機與控制工程研究所,民國89年。
[2]郭孝立,整和GPS與方位推估法在個人定位之應用,碩士論文,國立台灣科技大學機械工程研究所,民國89年。
[3]Peter Luethi, Thomas Moser , “Low Cost Inertial Navigation System,” Students project at the Electronics Laboratory of the Swiss Federal Institute of Technology, Zurich, Switzerland, 2000.
[4]安守中,GPS全球衛星定位系統入門,全華科技出版社, 2002。
[5]莊智清,黃國興,「電子導航」,全華科技圖書股份有限公司,民國90年4月。
[6]“無人飛行載具(UAV)發展及陸軍可能應用之研討”,陸軍學術月刊,94.4.1.476期。
[7]JAPAN AGENCY FOR MARINE-EARTH SCIENCE AND TECHNOLOGY
http://www.jamstec.go.jp
[8]Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Scorpio_ROV
[9]International, Online Defense Magazine
http://www.defense-update.com/products/p/predator.htm
[10]Hunter, J., W. Kosmalski and P. Truong, “Vehicle Navigation Using Differential GPS,” IEEE, Position
[11]FEDERATION of AERICAN SCIENTISTS
http://www.fas.org/irp/program/collect/global_hawk.htm
[12]FEDERATION of AERICAN SCIENTISTS
http://www.fas.org/irp/program/collect/darkstar.htm
[13]Pioneer UAV Inc. http://www.puav.com/
[14]Tad, McGeer, and Juris, Vagners, Historic Crossing An Unmanned Aircraft’s Atlantic Flight, GPS World, Feb 1999, pp. 24-30.
[15]Israeli-Weapons site.
http://www.israeli-weapons.com/weapons/aircraft/uav/harpy/HARPY.html
[16]國防部軍備局中山科學研究院
http://cs.mnd.gov.tw//Publish.aspx?cnid=978&p=10899
[17]SAIC Homepage, Vigilant UAV
http://www.saic.com/products/aviation/vigilante/vig.html
[18]郭侃誠,結合GPS與INS之實驗船定位系統研究,碩士論文,國立台灣科技大學/機械工程研究所民國84年。
[19]蔡榮傳,INS/GPS雙模式感測器資料融合與導航控制,碩士論文,中正理工學院/兵器系統工程研究所,民國88年。
[20]李正凱,整合全球定位系統與慣性導航系統的初始校準設計與實現 ,碩士論文,淡江大學/航空太空工程學系,民國94年。
[21]廖賜昌,全球定位系統與慣性導航系統整合之研究,碩士論文,國立海洋大學/航運技術研究所,民國87年。
[22]胡烈忠,輔助式GPS/「簡易型慣性導航系統 」之研究,碩士論文,國立海洋大學/航海技術學系,民國82年。
[23]盧冠穎,GPS/INS整合式之導航系統,碩士論文,國立臺灣大學/電機工程學研究所,民國91年。
[24]陸光義,INS/GPS整合導航系統之設計與製作,碩士論文,淡江大學/航空太空工程學系,民國92年。
[25]李忠隆,應用於車輛導航之GPS/INS整合系統設計,碩士論文,國立交通大學/電機與控制工程系,民國89年。
[26]楊世宏,即時車輛導航系統之GPS/INS/GIS整合設計,碩士論文,國立交通大學/電機與控制工程系所,民國92年。
[27]侯建群,GPS/INS整合式導航系統研究,碩士論文,臺灣大學/應用力學研究所,民國94年。
[28]黃良吉,GPS與感測器整合於三維地面車輛定位之應用,碩士論文,國立臺灣科技大學/機械工程系,民國94年。
[29]侯建群侯建群,GPS/INS整合式導航系統研究,碩士論文,臺灣大學/應用力學研究所,民國94年。
[30]林孟賞,PC-Based無人載具衛星導航系統之研究,碩士論文,國立臺灣海洋大學/電機工程學系,民國92年。
[31]余佳賢,PC-Based 即時控制系統在小型船舶軌跡控制實驗之應用,碩士論文,國立臺灣海洋大學/通訊與導航工程系,民國94年。
[32]謝志杰,無人飛船系統的發展與控制,碩士論文,國立成功大學/航空太空工程學系,民國88年。
[33]楊元坤,無人飛行船自主性控制設計與實現,碩士論文,國立成功大學/航空太空工程學系,民國90年。
[34]林泰宏,自走車避障與導航性能之分析與設計,碩士論文,逢甲大學/航空工程所,民國93年。
[35]王閔正,應用GPS於無人飛行載具導航系統之研究,碩士論文,逢甲大學/航太與系統工程所,民國94年。
[36]莊凱驛,以DSP為平台之GPS/INS導航整合系統設計,碩士論文,中華大學/機械與航太工程研究所,民國92年。
[37]傅景隆,應用單晶片GPS接收器實現無人飛行載具之導航系統,碩士論文,國立成功大學/航空太空工程學系,民國90年。

[38]許東榮,應用DSP、FPGA及GPS模組實現無人飛行載具之自動導航駕駛系統,碩士論文,國立成功大學/航空太空工程學系,民國91年。
[39]施宗榮,GPS於模型車自動導控系統之設計與應用,碩士論文,國立中央大學/電機工程研究所,民國87年。
[40]楊政城,無人飛行載具自動飛行機載電腦平台開發,碩士論文,國立成功大學/航空太空工程學系,民國90年。
[41]楊長圃,無人直昇機慣系導航系統,碩士論文,元智大學/機械工程學系,民國92年。
[42]吳朝棟,應用DSP及FPGA實現無人飛行載具之自動駕駛系統,碩士論文,國立成功大學/航空太空工程學系,民國90年。
[43]R. P. Kornfeld, R. J. Hansman, J. J. Deyst, “Single Antenna GPS Based Aircraft Attitude Determination,” Institute of Navigation-National Technical Meeting, Long Beach CA USA, PP.1-10, January 1998.
[44]范國俊,GPS都卜勒測速於無人飛機之即時姿態判定,碩士論文,國立成功大學/航空太空工程學系,民國88年。
[45]陳卓歆,利用GPS導航的無人飛機之系統設計與測試,碩士論文,國立成功大學/航空太空工程學系,民國89年。
[46]楊景翔,以單晶片微處理器架構無人載具之伺服馬達控制與航電系統,碩士論文,國立台北科技大學/機電整合研究所,民國92年。
[47]黃博政,分散式無人載具感測與控制系統之發展,碩士論文,國立臺北科技大學/機電整合研究所,民國94年。
[48]Global Leader in Embedded Computing Technology and Mobile Rugged Solutions, Kontron
http://apac.kontron.com/index.php?id=226&cat=931&productid=1330

[49]Garmin GPS 15L Module Technical Specifications
http://www.garmin.com/manuals/237_TechnicalSpecifications.pdf
[50]孫義欽,MATLAB與嵌入式控制器之整合控制應用,碩士論文,國立中山大學/機械與機電工程學系研究所,民國92年。
[51]黎安華,Fuzzy PID控制器於小型柴油燃燒機之應用,碩士論文,中原大學/機械工程研究所,民國92年。
[52]Montgomery著,黎正中,陳源樹編譯,實驗設計與分析,高立圖書有限公司,民國94年3月。
[53]Astrom, K. J., and Hagglund, T., PID Contorllers: Theory, Design, and Tuning, 2nd Ed., The Instrument society of America, 1995.
[54]陳嘉文,模糊邏輯在機械設計之應用,碩士論文,元智大學/機械工程研究所,民國87年。
[55]許晨聲,以FPGA實現動態模糊控制器IC之設計,碩士論文,國立成功大學電機工程研究所,民國98年。
[56]楊英魁、孫宗瀛、鄭魁香、林建德、蔣旭堂編著,模糊控制理論與技術, 全華科技,民國85年11月。
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