CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 7 ĐỒ ÁN ROBOT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH DRONE 2. Nguyên lý hoạt động chung của drone Máy bay điều khiển từ xa có thể bay tự động thông qua phần mềm điều hướng được lập trình từ trước và bay theo bất kỳ hướng nào cho điểm đến điểm. Hướng cánh quạt drone cùng với vòng quay và tốc độ của động cơ, làm cho nó có khả năng bay và khả năng cơ động.
Bộ điều khiển bay của drone gửi thông tin đến động cơ thông qua các thông tin mạch điều khiển tốc độ điện tử (ESC) của chúng trên lực đẩy, RPM, (Vòng quay mỗi Phút) và hướng. Bộ điều khiển máy bay cũng sẽ kết hợp dữ liệu IMU, Gyro và GPS trước khi báo hiệu cho động cơ drone về lực đẩy và tốc độ rotor. Công nghệ bay điều khiển từ xa và drone cho đến ngày hôm nay là rất hiện đại so với trước tuy vẫn sử dụng các nguyên tắc cũ của các nguyên lý bay máy bay điều khiển từ xa 4 động cơ, lực hấp dẫn, hành động và các xử lý phản ứng. Trong khi xây dựng mô hình drone thì cánh quạt và thiết kế động cơ, 4 lực ảnh hưởng trong quá trình hoạt động (trọng lượng, nâng, lực đẩy và kéo) cũng là những cân nhắc quan trọng.
Toán học cũng được sử dụng để tính toán lực đẩy động cơ drone trong khi lực ảnh hưởng của máy bay được sử dụng cho thiết kế cánh quạt và chuyển động của không khí ở trên, dưới và xung quanh drone. Về cơ bản, chuyển động trên điều khiển từ xa sẽ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển trung tâm. Bộ điều khiển chuyến bay trung tâm này gửi thông tin này đến Bộ điều khiển tốc độ điện tử (ESCs) của mỗi động cơ, từ đó dẫn động cơ của nó tăng hoặc giảm tốc độ. Điều khiển từ xa của thanh điều khiển → Bộ điều khiển chuyến bay trung tâm → Mạch điều khiển tốc độ điện tử (ESC) → Động cơ và cánh quạt → Chuyển động drone hoặc lơ lửng trên không.
Để cho một drone bay lên không trung hay cân bằng trên khung đế thì một lực phải được tạo ra bằng hoặc lớn hơn lực hấp dẫn. Drone sử dụng thiết kế động cơ và hướng cánh quạt cho động cơ đẩy kiểm soát cơ bản lực hấp dẫn đối với drone. Việc quay các cánh quạt drone đẩy không khí xuống. Tất cả các lực tác dụng theo cặp (Định luật thứ ba của Newton), có nghĩa là đối với mọi lực tác động có lực phản ứng bằng (kích thước) và ngược lại (theo hướng).
Nguyên lý hoạt động chính của mô hình này hoạt động dựa trên sự chuyển động của các dòng khí do cánh máy bay tạo ra di chuyển xuống dưới làm vật bay lên trên và sự điều chỉnh vận tốc từng động cơ sẽ làm thay đổi hướng bay của Drone (Hình2. 8 ĐỒ ÁN ROBOT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Lý thuyết điều khiển Drone a. Các trục quay của động cơ: - Yaw: Đây là xoay hoặc xoay đầu của drone hoặc sang phải hoặc trái.
Đó là chuyển động cơ bản để quay drone. Trên hầu hết các mục tiêu giả lập, nó là đạt được bằng cách sử dụng thanh ga bên trái hoặc sang trái hoặc phải. - Pitch: Đây là chuyển động của drone hoặc về phía trước và phía sau. Chuyển tiếp Pitch đạt được thường bằng cách đẩy thanh ga về phía trước, mà làm cho drone nghiêng và di chuyển về phía trước, ra xa bạn.
Còn phía sau lại đạt được bằng cách di chuyển thanh ga ngược về phía sau. - Roll: Hầu hết mọi người bị nhầm lẫn với Roll và Yaw. Bay nghiêng về một bên là làm cho bay drone sang một bên, hoặc sang trái hoặc phải. Bay nhào lộn được điều khiển bởi thanh điều khiển bên phải, làm cho nó bay hoặc trái sang phải.
Điều khiển Drone Cặp cánh quạt phía trước (front) và phía sau (back) quay ngược chiều kim đồng hồ, trong khi đó cặp cánh bên phải (right) và bên trái (left) lại quay thuận chiều kim đồng hồ nhằm cân bằng moment xoắn được tạo ra bởi các cánh quạt trên khung. Cả 4 cánh phải sinh ra một lực đẩy bằng nhau khi Quadrocopter cất cánh và hạ cánh (throttle up/down). Góc xoay (roll) được điều khiển bằng cách thay đổi tốc độ giữa cánh bên phải và bên trái sao cho vẫn giữ nguyên tổng lực đẩy sinh ra bởi cặp cánh này. Tương tự như vậy, góc nghiêng (pitch) được điều khiển bằng thay đổi tốc độ của 2 cánh phía trước và phía sau mà vẫn giữ nguyên tổng lực đẩy.
Trong khi đó, góc lệch (yaw) được điều khiển nhờ vào sự thay đổi tốc độ của cặp cánh phải – trái so với tốc độ của cặp Hình 2. 1: Chuyển động căn bản của Drone 9 ĐỒ ÁN ROBOT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT cánh trước–sau mà tổng lực đẩy 4 cánh vẫn không đổi để Drone giữ được độ cao(Hình 2. MÔ HÌNH TOÁN CỦA DRONE Để mô tả các chuyển động của một khung cứng 6 bậc tự do cần 2 hệ quy chiếu (Hình 2.2): - hệ quy chiếu quán tính Trái Đất. - hệ quy chiếu khung Drone.
2: Hệ quy chiếu A và B với chiều dài 1 trục L, tổng khối lượng mô hình m Sự định hướng của Drone được biểu thị bởi 3 góc Euler qua ma trận xoay R (2.1) Lực sinh ra của các rotor Khi đó lực nâng cho cả máy bay là: (2.2) Phương trình mô tả gia tốc Drone: 10 ĐỒ ÁN ROBOT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT (2. 3: Mô hình momen quay Phương trình quan hệ giữa ma trận quán tính , momen quay M và momen quay hồi chuyển (2.4) Ta có momen quay hồi chuyển phụ thuộc vào các yếu tố vận tốc xoay với lần lượt là các đơn vị momen quay các chuyển động roll, picth, yaw hay vận tốc quay và vận tốc góc máy bay sẽ được: (2.4) với nhau ta có phương trình động lực học sau: 11 ĐỒ ÁN ROBOT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT (2.6) Mô hình tính toán khí động học: Việc tính toán khí động học mô tả các tác động khi quay của cánh quạt trong không khí. Với các thông số: là lực đẩy của cánh quạt, hướng lên, là diện tích của quạt, là mật độ không khí. Ta có phương trình lực đẩy: (2.7) Do lực đẩy (trọng lượng được mang bởi một cánh quạt) Vận tốc dòng khí cho mỗi cánh quạt: (m/s) (2.
LÝ THUYẾT VỀ MPU6050 2. Ước tính vị trí MPU6050 được hiệu chỉnh theo trọng tâm (CoG) của hệ thống với ma trận xoay của hệ được thể hiện ở công công thức (2. Trong đó lần lượt là các góc roll, pitch, yaw .9) Xét R1 là hệ quy chiếu của trái đát R2 song song với R1 và R3 là hệ quy chiếu khung Drone. Vận tốc của hệ: (2.10) 12 ĐỒ ÁN ROBOT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT (2.
Ước tính gia tốc Giả sử rằng hệ thống được gắn bởi một tuyến tính gia tốc và được đặt trong gia tốc trọng trường. R là ma trận xoay.12) Coi gia tốc pháp tuyến là nhỏ. MPU6050 được đặt trên trục z cùng với lực hấp dẫn.13) Ma trận xoay của các góc roll, pitch, yaw: (2.16) Từ phương trình (2.17) Các giá trị từ cảm biến có thể đạt được bằng các thông số: 13 ĐỒ ÁN ROBOT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT (2.18) các góc roll, bitch được tính theo các phương trình sau: (2. ARDUINO IDE VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 2.
Giới thiệu phần mềm Arduino IDE Arduino IDE là một phần mềm với một mã nguồn mở, được sử dụng chủ yếu để viết và biên dịch mã vào module Arduino. Nó bao gồm phần cứng và phần mềm. Phần cứng chứa đến 300,000 board mạch được thiết kế sẵn với các cảm biến, linh kiện. Phần mềm giúp bạn có thể sử dụng các cảm biến, linh kiện ấy của Arduino một cách linh hoạt phù hợp với mục đích sử dụng.
Đây là một phần mềm Arduino chính thống, giúp cho việc biên dịch mã trở nên dễ dàng, ngay cả một người bình thường không có kiến thức kỹ thuật cũng có thể làm được. Khi người dùng viết mã và biên dịch, IDE sẽ tạo file Hex cho mã. File Hex là các file thập phân Hexa được Arduino hiểu và gửi đến bo mạch bằng cáp USB. Mỗi bo Arduino đều được tích hợp một bộ vi điều khiển, bộ vi điều khiển sẽ nhận file Hex và chạy theo mã được viết.
4: Phần mềm Arduino IDE CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Giải thuật điều khiển 2. Bộ lọc thông thấp a. Giới thiệu Trước khi tìm hiểu bộ lọc thông thấp, chúng ta hãy xem bộ lọc là gì.
Bạn đã bao giờ nghe nói về sàng hay lọc chưa? Nếu có thì bạn phải biết công dụng của bộ lọc, nó được sử dụng để lọc chất rắn khỏi chất lỏng hoặc để tách các hạt thô hơn khỏi các hạt mịn hơn. Nói tóm lại, bộ lọc được sử dụng để lọc các tạp chất không mong muốn trong dung dịch hoặc chất lỏng. Tương tự như vậy, bộ lọc là thiết bị hoặc mạch được sử dụng khi chỉ cần dải tần hoặc tần số cần thiết. Dải tần số có thể là tất cả các tần số nhỏ hơn tần số cụ thể, sự khác biệt giữa hai tần số xác định trước, hoặc các tần số trên tần số cụ thể.
Bộ lọc chia ra làm bộ lọc thông cao, nộ lọc thông thấp, bộ lọc thông dải, bộ lọc khía hay bộ lọc loại bỏ dải. Bộ lọc thông thấp hay Low Pass Filter (LPF) là bộ lọc cho phép các tín hiệu có tần số thấp hơn tần số cụ thể (tần số cụ thể đó được gọi là tần số cắt). Và không cho phép các tín hiệu của tần số cao hơn tần số cắt. Nói cách khác LPF là một mạch được thiết kế để loại bỏ tần số cao hơn không mong muốn của tín hiệu điện từ, tín hiệu âm thanh, tín hiệu điện và chỉ chấp nhận những tín hiệu được yêu cầu trong các mạch ứng dụng.
Bộ lọc thông thấp là một mạch làm suy giảm tất cả các thành phần tín hiệu trên tần số cắt đến một mức đáng kể. Về mặt kỹ thuật, bất kỳ bộ lọc nào cũng có thể được phân loại là bộ lọc lý tưởng và bộ lọc thực tế, hình dưới đây cho thấy phản hồi của bộ lọc thông thấp lý tưởng và thực tế: LPF lý tưởng được định nghĩa là bộ lọc có phản hồi của đầu vào lý tưởng so với các tần số đầu ra, tức là nó phải có độ suy giảm bằng không cho tất cả các khoảng trống vượt qua và suy hao vô hạn cho các tần số bị chặn.