Εύρεση και Ανάπτυξη Δυναμικού Μοντέλου Ελικοπτέρου Μικρού Μεγέθους

Abstract

Ο σκοπός της διπλωματικής εργασίας ήταν η ανάπτυξη του δυναμικού μοντέλου για μη-επανδρωμένο ελικόπτερο μικρού μεγέθους. Η διαδικασία αυτή περιελάμβανε την ανάπτυξη ενός μη-γραμμικού δυναμικού μοντέλου μέσω της διαδικασίας First Principles Modeling, καθώς και την εύρεση κατάλληλων γραμμικών δυναμικών μοντέλων. Ακόμη, έγινε η έρευνα σχετικά με την καταλληλότερη μέθοδο γραμμικής κυρίως, αλλά και μη-γραμμικής, μεθόδου αναγνώρισης παραμέτρων δυναμικού μοντέλου μικρού μεγέθους ελικοπτέρου. Συγκεκριμένα, έγινε χρήση του συνόλου χαρακτηριστικών τιμών (κατασκευαστικά στοιχεία), για test case, από το ελικόπτερο MIT X-Cell 60 SE για προσομοίωση του μη-γραμμικού δυναμικού μοντέλου. Επίσης, έγινε εξαγωγή γραμμικού μοντέλου με τη διαδικασία της γραμμικοποίησης από το μη-γραμμικό που είχε προηγηθεί. Ακόμη, υπήρξε κατασκευή/”στήσιμο” της θεωρητικής πειραματικής διαδικασίας για την εύρεση γραμμικών μοντέλων με τη μέθοδο της αναγνώρισης παραμέτρων. Η παραπάνω διαδικασία αποτελεί το πρώτο στάδιο για την ανάπτυξη νέων ελεγκτών για την εφαρμογή τους σε αυτόνομα μη-επανδρωμένα ελικόπτερα μικρού μεγέθους. Άρα, οι προσομοιωτές που βασίζονται στα μοντέλα αυτά θα αποτελέσουν το test bed για την πρώτη εφαρμογή των ελεγκτών και των αλγορίθμων αυτόνομης κίνησης των ελικοπτέρων. Τέλος, ο τρόπος εξαγωγής των μοντέλων διέπεται από γενικότητα όσον αφορά στη διαχείριση των εξισώσεων και των θεωριών που χρησιμοποιήθηκαν και ως αποτέλεσμα αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για κάθε ελικόπτερο αντίστοιχου μεγέθους, απλά με τροποποίηση του συνόλου των χαρακτηριστικών τιμών.

The scope of this diploma thesis was the development of a dynamic model of a small-scale unmanned helicopter. This procedure included the development of a non-linear dynamic model via the use of First-Principles Modeling, but also the development of suitable and appropriate linear dynamic models. Moreover, there was made a research concerning the appropriate method for, mostly linear, but also non-linear parameter system identification, in order to be used in the development of a dynamic model of a small-scale helicopter. Specifically, a set of values (size and structural values) from the helicopter MIT X-Cell 60 SE was used as a test case, so as to simulate the non-linear dynamic model. Besides that, there was made an extraction of a linear dynamic model by using the method of system linearization (Our extracted non-linear model was linearized). In addition, the experimental theoretical setup was defined, so as the linear models to be developed via the system identification process. This methodology is the first stage in the development of new controllers and in their implementation to autonomous unmanned small-scale helicopters. As a result, the simulators which will be based on these models, they will also be the test bed for the implementation and test of the new controllers and the new autonomous movement algorithms. Finally, the way of extraction of the models is governed by a generality as far as it concerns the manipulation of the mathematical equations and theories which were used and as a result they can be used in any small-scale helicopter by changing only the set of the characteristic values.