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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林淑玉
研究生(外文):LIN,SHU-YU
論文名稱:無人機飛控硬體電路設計與感測器校正
論文名稱(外文):The Circuit Design and Sensors Calibration of the Flight Control Hardware for a UAV
指導教授:方俊方俊引用關係
指導教授(外文):FANG,JIUNN
口試委員:陳啟川黃振鴻
口試委員(外文):CHEN, CHII-CHUANHUANG, CHEN-HUNG
口試日期:2019-06-25
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:智能製造與工程管理碩士在職學位學程
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:2019
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:硬體設計感測器校正磁羅盤
外文關鍵詞:Hardware DesignSensorCorrectionMagnetic Compass
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近幾年來,對於無人機的需求和應用與日俱增,且已相當廣泛應用在拍攝、商業、農業、災難救援、消費娛樂…等,依需求及所應用的層面不同研發出各式各樣的機種,像是四軸旋翼機、六軸旋翼機、手拋定翼機、彈射定翼機、農業噴灑直升機、中型定翼機…等。由這些機種可看出無人機的多元及多樣性發展,裡面最重要的核心為飛行控制系統,掌管著飛行命令管理、控制飛行姿態、定點盤旋、導航拍攝、降落等相關需求任務。
此文以探討裝載在無人飛行載具內的飛控硬體電路設計。硬體設計規格架構由飛行控制器、慣性量測單元感測器、全球定位系統三大部分來組成,與九軸慣性量測單元感測器及空速計壓力傳感器和高度計傳感器的參數校正方式來做為研究項目。
研究發現無人機在執行飛行任務時,仍是依據電子磁羅盤偵測的數據作為矯正方位的重要指標,於此針對姿態模組的磁羅盤使用模擬軟體設定飛行航道的起點與終點觀察飛行導航,模擬測試磁羅盤有進行頭向磁偏校正與否對飛行導航的差異性比對,兩者比對驗證結果為未經過校準的偏移比有校準的誤差來的大。
In recent years, the demand and application of unmanned aerial vehicle (UAV) have been increasing day by day, and have been widely used in photography, commercial, agricultural, military, disaster relief, consumer entertainment. According to the needs and application levels, various models’ UAV have been developed, such as agricultural spray helicopter, four-axis rotorcraft, six-axis rotorcraft, hand-thrown fixed-wing, catapult fixed-wing, and medium-sized fixed-wing UAV. The most important core of the UAV is flight control systems which charge the flight command management, flight attitude control, fixed-point hovering, navigation, shooting, and landing missions.
This article explores the design of a flight control hardware circuit loaded in a UAV. The hardware design specification architecture consists of three parts: flight controller, inertial measurement unit sensor, and global positioning system. It also corrects the parameters of the nine-axis inertial measurement unit sensors and the airspeed gauge pressure sensor and altimeter sensor. Ways to be a research project.
The research finds that most UAVs still use the data detected by the electronic magnetic compass as an important indicator to correct the azimuth when performing the mission. The magnetic compass for the attitude module uses the simulation software to set the start and end points of the flight channel to observe the flight navigation. Simulate the test magnetic compass for head-to-magnetic offset correction or not for flight navigation. The comparison between the two cases finds that the offset error of non-calibrated compass is larger than the calibrated one.
誌謝 i
摘要 ii
ABSTRACT iii
目錄 v
圖目錄 viii
表目錄 xi
第一章、導論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的 3
1.3 文獻回顧 5
1.4 本文架構 6
第二章、飛控需求架構研究 7
2.1 飛行控制器 8
2.2 感測單元 8
2.2.1 陀螺儀感測器 10
2.2.2 加速儀感測器 12
2.2.3 磁感測器 13
2.2.4 指示空速傳感器 16
2.2.5 高度計壓力傳感器 18
2.3 全球定位系統 20
第三章、飛控硬體電路設計 23
3.1 硬體架構 24
3.2 電路設計 24
3.2.1 FCC 25
3.2.2 IMU 28
3.3 印刷電路 36
第四章、校驗模擬 38
4.1 慣性量測單元感測器參數校驗 39
4.1.1 三軸陀螺儀校正 42
4.1.2 三軸加速儀校正 48
4.1.3 磁羅盤校正 52
4.1.4 動壓-空速計校正 56
4.1.5 靜壓-高度計校正 58
4.2 模擬飛行航道 61
第五章、結論 67
5.1 結論 67
5.2 未來研究 68
參考文獻 69
附錄 73
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[2] United States Department of Transportation, “Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge”, FAA. 2016, 8-8 Retrieved 10 October 2018, https://www.faa.gov/regulations_policies/handbooks_manuals/aviation/phak/ 摘自2019年05月26日.
[3] United States Department of Transportation, FAA, 2016年08月24日, “Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge”, https://www.faa.gov/regulations_policies/handbooks_manuals/aviation/phak/ 摘自2019年05月26日.
[4] 鄭聖文, 2015年02月12日, “簡易多旋翼姿態量測系統設計”, 工程技術類, https://github.com/Khan-drone/ahrs-core 摘自2019年05月11日.
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[21] 小五嵌入式, 2018年06月12日, “關於加速度計和陀螺儀傾角測量的物理分析”, 教育, https://kknews.cc/zh-tw/education/lnaaxy9.html 摘自2019年01月25日.
[22] 必優傳感, 2017年11月03日, “加速度傳感器和陀螺儀在無人機固定航向中為何缺一不可? ”, https://kknews.cc/zh-tw/news/2vv8n29.html 摘自2019年01月25日.
[23] 無人機視界, 2016年06月18日, “解讀無人機的核心"飛控"” , 3C, https://kknews.cc/zh-tw/digital/2aqrvk9.html 摘自2019年01月23日.
[24] 辛有慶, 2006年, “磁力方位與姿態分析及開發”.
[25] 袁輔德, 2014年11月號165期, “雙向磁性重置技術加持 電子羅盤 操作便利又精準”, 新通訊.
[26] Honeywell, August, 2008, “2-Axis Magnetic Sensors HMC1001/1002
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[27] Seraphim, “加速度感測器與電子羅盤的原理介紹”, http://www.seraphim.com.tw/upfiles/c_supports01328152963.pdf 摘自2019年01月11日.
[28] 沈陽, 2012年7月4日,34期, , “旋翼飛行機器人磁羅盤誤差分析及校準”, 機器人 ROBOT.
[29] 林君龍, 2014年07月29日, “地磁量測用三軸磁場感測晶片設計”.
[30] 創新時報, 2018年07月18日, “原理:無人機是如何實現飛行?”, 軍事, https://kknews.cc/zh-tw/military/ggn52nl.html 摘自2019年01月11日.
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