پایان نامه : کنترل بهینه و تصحیح خطای صفحه پایدار ژیروسکوپی سه درجه آزادی نصب شده بر روی یک جسم پرنده

پایان نامه جهت دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی ابزار دقیق و اتوماسیون صنایع نفت

عنوان :

کنترل بهینه و تصحیح خطای صفحه پایدار ژیروسکوپی سه درجه آزادی نصب شده بر روی یک جسم پرنده

استاد راهنما :

دکتر علیرضا روستا

اساتید مشاور :

دکتر فاضل زاده حقیقی

دکتر لطف آور

شهریور ماه 1392

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

چکیده 3

فصل اول                                                                                                     4

مقدمه                                                                                                         4

1 – 1 عکس برداری و فیلم برداری هوایی 7

1- 2  اهداف پایان نامه 10

1- 3 قواعد و اصول 10

فصل دوم:  تئوری ژیروسکوپ و استخراج مدل آن                                                  15

2- 1  تعریف محورهای مختصات  15

2 – 1- 1 محور مختصات اینرسی 15

2 – 1- 2 محور مختصات بدنه هواپیما   16

2-1-3  محور مختصات پلتفرم  17

2-1-4  محور مختصات گیمبال 18

 2- 2 زوایای حرکات افقی و عمودی   18

2-3  دوران اویلر 20

2-4  نرخ دوران اویلر 22

2-5 معادلات حرکت اویلر 23

2-6  معادلات حرکت ژیروسکوپ   25

2-6-1  اغتشاشات گشتاوری ناشی از اصطکاک   31

فصل سوم:  شبیه‌سازی‌های مدل استخراج شده                                                      34

3-1 پاسخ زیروسكوپ به ورودی گشتاور پله                                                          34

3-2 پاسخ دینامیك پیاده‌سازی شده بدون در نظر گرفتن اصطكاك 36

فصل چهارم: طراحی كنترلر                                                                             41

4-1 مقدمه                                                                                 41                                                                             

4-2  معادلات حالت و قانون كنتر لی                                                                 41                                                                                                       

4-3  كنترل‌پذیری  48

4-4- طراحی كنترلر 49

4-4-1  روش كنترل PID   49

4-4-2 روش زیگلر- نیكولز برای تنظیم پارامترهای PID   50

4-5 طراحی كنترلر حرکات عمودی   53

4-5-1 طراحی كنترلر بر اساس روش زیگلر نیکولز  53

4-5-2 طراحی كنترلر براساس بهینه سازی   57

4-5-  3  طراحی کنترل کننده بر اساس روش کنترل بهینه  LQR                                         62

6-4- طراحی کنترلر حرکات افقی   74

7-4-نتیجه گیری  71

چکیده:

در این پایان نامه یک کنترل موفق و مناسب درمورد یک ژیروسکوپ 3 درجه آزادی مورد بررسی قرار گرفته است. یکی از موارد استفاده از این کنترل این است که این کنترل می تواند روی یک وسیله پرنده یا متحرک مورد استفاده قرار بگیرد. هدف نهایی در این پایان نامه طراحی یک صفحه پایدار 3 درجه آزادی میباشد. مدل ریاضی مورد استفاده در این پایان نامه براساس معادلات حرکت اویلر می باشد که شرح کامل آن در متن پایان نامه آمده است. براساس همین مدل ریاضی شبیه سازی های غیرخطی ژیروسکوپ انجام و نتایج نشان داده شده است. کنترل کننده مورد استفاده در این پایان نامه یک کنترلر بهینه LQR خواهد بود که نتایج بدست آمده از آن با یک کنترل کننده سادهPID مقایسه خواهد شد. ضرایب کنترل کننده PIDبراساس گرادیان خطای ناشی از ضرایب به دست آمده است.آزمایشات و شبیه سازی های انجام شده با بکارگیری این کنترلر، توانایی آن را درمورد پایدار سازی صفحه پایدار نشان می دهد.

مقدمه:

پلتفرم­های 2 درجه آزادی و یا 3 درجه آزادی قطعاتی هستند که به منظور قرار گرفتن در یک زاویه خاص و یا دنبال کردن یک زاویه مورد نظر مورد کنترل قرار می­گیرند. یکی از مواردی که در آن می­توان از یک صفحه پایدار 3درجه آزادی سود برد در عکسبرداری­های هوایی می­باشد. برای این منظور می­توان یک پلتفرم را روی یک وسیله پرنده قرار داد و با کنترل آن و پایدار نمودن آن در یک زاویه خاص از منطقه و یا هدف خاصی عکس­برداری و یا فیلم برداری نمود.

مواردی که به طور گسترده از این گونه اطلاعات هوایی استفاده می کنند عبارتند از: کنترل بحران، مطالعات محیطی و کشاورزی، نقشه برداری و همچنین این اطلاعات به طور گسترده­ای توسط پلیس مورد استفاده قرار می­گیرد. نمونه­ای از این نوع تصویر برداری در شکل 1-1 نشان داده شده است.

شکل 1-1 – نمونه­ای از عکس­برداری­های مختلف در زمینه­های متفاوت

استفاده از ژیروسکوپ به عنوان یک سنسور زاویه و سرعت زاویه­ای در پلتفرم­های پایدار شده مورد استفاده قرار می­گیرند. ژیروسکوپ وسیله‌ای برای اندازه‌گیری و یا حفظ جهت می‌باشد که از اصل بقای تکانه­ی زاویه‌ای استفاده می‌کند. یک ژیروسکوپ مکانیکی همیشه یک چرخ یا دیسک چرخنده با محور آزاد دارد که می‌تواند در هر جهتی بایستد. این جهتگیری بسیار کمتر بر اثر گشتاور خارجی تغییر می‌کند که این به دلیل ممان زاویه‌ای بزرگ خود به همراه نرخ زیاد چرخش آن است]5[. صرفنظر از اینکه سطحی که وسیله روی آن قرار گرفته چقدر حرکت می‌کند و چون گشتاور خارجی توسط نگاه داشتن وسیله در یک حلقه کمینه می‌شود جهت آن تقریبا ثابت می‌ماند. ژیروسکوپ‌های با تکنولوژی حالت جامد هم وجود دارند مانند ژیروسکوپ‌های حلقه­ی لیزری. نمونه­ای از این ژیروسکوپهای پیچیده در شکل 2-1 نشان داده شده است.

شکل 2-1- ژیروسکوپ حلقه لیزری

برای آشنایی با پلتفرم­های پایدار شده ابتدا باید باید زیروسكوپ­ها و نقش آنها در پلتفرم­های پایدار شده را بررسی نمود. از لحاظ فنی زیروسكوپ وسیله­ای است كه سرعت زا ویه­ای را اندازه بگیرد. در قرن هجده، ادوات چرخانی برای ناوبری كشتی­ها در هوای مه آلود مورد استفاده قرار گرفت. ژیروسكوپ­های چرخان قدیمی در اوایل قرن 19 اختراع شد و نام ژیروسكوپ در سال 1852 برای آن انتخاب گردید. در اواخر قرن 19 و اوایل قرن 20 از ژیروسكوپ بر روی كشتی­ها به طور گسترده ای استفاده شد. در حدود سال 1916 از ژیروسكوپ­ها در هواپیماها استفاده گردید و هنوز هم در این مورد استفاده می­شود. در قرن 20 ژیروسكوپ­های چرخان تكامل یافتند. در سال 1960 ژیروسكوپ­های نوری برای اولین بار معرفی شدند و به سرعت در بازارهای جهانی و كاربرد­های نظامی مورد استفاده قرار گرفتند. از 15 سال پیش تا كنون ژیروسكوپ­های MEMS معرفی شدند و پیشرفت­هایی برای تولید انبوه آن­ها نسب به ژیروسكوپ­های قدیمی كوچك به دست آمد.

تعداد صفحه : 81

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.