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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:顏睦家
論文名稱:應用NI myRIO於飛行器之姿態控制及模擬運動平台之建構
論文名稱(外文):Development of the Motion Control and Simulation of the Aircraft Attitude by Using the NI myRIO
指導教授:陳啟川 博士
口試委員:陳啟川 博士黃振鴻 博士賴盈誌 博士
口試日期:2016-07-26
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:航太與系統工程學系
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:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:54
中文關鍵詞:史都華平台姿態控制逆向運動學
相關次數:
  • 被引用被引用:1
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史都華平台的發展歷史悠久,已廣泛應用於多種運動機構如:飛行模擬…等領域。本論文主要是應用了NI美商國家儀器公司所開發出的產品myRIO作為控制核心並發展出一套飛行教學輔助系統;最後透過變更不同的參數來達到改變平台的姿態以建構出具備模擬飛行器運動控制功能之系統。
此系統先利用電子羅盤及myRIO上之加速度感測器回授目前之姿態及指向方位訊號至myRIO,以進行逆向運動學之計算並分析出各個致動器所需之伸長量,再透過控制核心myRIO輸出PWM訊號至伺服馬達以驅動史都華平台至指定位置,進而達成姿態控制的目的。
It has been a long time since the development of Stewart platform, and the platform also has been widely used in a variety of mechanic structure, such as flight simulator and other fields. The thesis utilizes the NI myRIO, which is developed by National Instrument company, as a control core to build the auxiliary system for flight instruction. By changing different parameters, a flight simulation system with motion control is finally realized.
The calculations of the elongation for each actuator are performed with the attitude and heading information received from the electronic compass and accelerometers integrated inside NI myRIO and the algorithm of the Inverse Kinematics(IK). To achieve the purpose of motion simulation and attitude control, the output PWM signals sent to servo motors for driving the Stewart Platform to desired attitude/location are also generated by control core.
致謝 I
摘要 II
Abstract III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 3
1.3 文獻回顧 3
1.4 各章概述 5
第二章 軟硬體與感測器介紹 7
2.1 硬體 7
2.1.1 伺服馬達 8
2.1.2 壓克力板 9
2.1.3 萬向接頭 10
2.1.4 碳纖管 11
2.1.5 Logitech Extreme 3D PRO搖桿 11
2.2 感測器 12
2.2.1 NI myRIO-1900 12
2.2.2 GY-651電子羅盤 13
2.3 電源供應系統 14
2.3.1 電池 14
2.3.2 5A-UBEC降壓器 15
2.4 軟體 16
2.4.1 LabVIEW程式語言 16
第三章 平台之控制理論 17
3.1 座標轉換 17
3.2 姿態轉換 20
3.2.1 三軸角度計算 20
3.2.2 歐拉角(Euler Angle) 22
3.3 逆向運動學 23
3.4 伺服馬達控制 25
3.4.1 脈寬調變(Pulse Width Modulation,PWM) 26
3.5 LabVIEW程式計算流程圖 28
第四章 平台之系統整合及測試 29
4.1 模擬運動平台控制系統操作流程簡介 29
4.2加速規角度驗證 32
4.3 PWM測試結果 34
4.3.1測試平台旋轉角度 34
4.3.2測試平台平移行程 36
4.4 逆向運動學測試結果 38
4.4.1 測試平台旋轉角度(平移量=0) 39
4.4.2 測試平台平移行程(旋轉量=0) 42
第五章 結論與未來展望 45
參考文獻 47
附錄一 50
附錄二 51
附錄三 52
附錄四 54
【1】飛行模擬器圖片:
http://www.afwing.com/encyclopaedia/flight-simulator_7.html
【2】醫療用機器人圖片:
http://www.columbia.edu/cu/mece/arma/projects/Eye%20surge
ry/Eyesurgery.shtml
【3】D. Stewart,「A platform with six degrees of freedom. 」,
Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,vol.
180,part 1,no. 5,pp. 371-386,1965-1966.
【4】Magnus Berthelsen Kjelland,「Design of a Heave
Compensation System with a Redundant Hydraulic
Manipulator. 」,University of Agder Master’s Thesis,2011.
【5】曹修銓,「使用六自由度史都華平台驗證火箭動態感測
系統」,國立交通大學機械工程學系碩士論文,2013
【6】陳和宏,「六軸動感平台機電整合及軟體設計之研究」,國
立雲林科技大學機械工程系碩士班碩士論文,2005
【7】Szufnarowski, F,「Stewart platform with fixed rotary actuators
: a low cost design study.」,Advances in Medical Robotics,
Chapter 4,1st Ed.,2013.
【8】Kimberly Tuck,「Tilt Sensing Using Linear Accelerometers.」
,Application note of Accelerometer Systems and
Applications Engineering Tempe,2007.
【9】劉孝忠,「整合超音波避障與衛星定位及羅盤定向能力之
自動導航自走車設計與製作」,中華科技大學機械工程學
系暨機電光研究所論文,2014。
【10】Robert C. Nelson,「Flight stability and automatic control.」,
Exclusive rights by McGraw-Hill Book Co-Singapore,1998.
【11】Boyin Ding,「Real-time FPGA Control of a Hexapod Robot
for 6-DOF Biomechanical Testing」,University of Adelaide
South Australia reserch,2011.
【12】PWM原理介紹:
http://gio781215.blogspot.tw/2012/07/blog-post_18.html
【13】SSD-1000UT伺服馬達規格:
http://goods.ruten.com.tw/item/show?21312188211910
【14】Logitech Extreme 3D PRO搖桿圖片及規格:
http://support.logitech.com/zh_tw/product/extreme-3d-pro#

【15】NI myRIO-1990圖片及規格:
http://www.ni.com/pdf/manuals/376047a.pdf
【16】GY-651電子羅盤圖片及規格:
http://shop.cpu.com.tw/product/46692/info/
【17】5A-UBEC降壓器圖片及規格:
http://www.pcstore.com.tw/rcblog/M04897225.htm
【18】PWM控制伺服馬達示意圖:
http://tymkrs.tumblr.com/post/16765013540/rc-servo-basics
【19】MicroStrain微型陀螺儀3DM-GX3-25實體圖:
http://www.sanlien.com/web/homepage.nsf/foundationview/C11
2F88BE3E96FBD48257814001FA26F
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