Regulering af Quad-rotor helikopter - VBN - Aalborg Universitet

KAPITEL 9 - Overordnet design
Som det fremgår af figuren vil en ændring i Va på motoren medføre en kraft fra rotorerne, som igen
vil påvirke vinklen θ på helikopterkroppen. For nøjagtigt at kunne styre kroppens vinkel skal der
først og fremmest implementeres en sensor, der kan registrere denne. Herudfra foretages der en vin-
kelregulering i mikrocontrolleren, som bestemmer hvorvidt motorerne skal rotorere langsommere
eller hurtigere. Dette sker ved at angive en hastighedsreference til motoren. For at sikre at motoren
rotorer ved den givne hastighed, skal der implementeres en motorregulering. Dette gør en rotations-
sensor til en nødvendig del af platformen.
Eftersom motoren skal drives med en større strøm end mikrocontrolleren kan levere, skal der desuden
designes en driver hertil. Tilsammen udgør dette et overordnet design for platformen, som systemet
skal virke på.
Designovervejelserne i forbindelse med de forskellige interfaces vil blive blive gennemgået i de
følgende afsnit og i næste kapitel vil der blive lavet en detaljeret beskrivelse af blokkene i Figur 9.1.
9.1 Vinkelsensor
Da det ønskes at regulere helikopterens vinkel ved hjælp af en regulator i software, er det nødvendigt
at implementere en type sensor der kan måle vinklen, og udlæse denne, som et elektronisk signal, til
processoren. Der er en hel række af sensorer der kan benyttes til dette, hvoraf følgende har været i
betragtning til projektet:
Accelerometer Denne type sensor fungerer ved at kunne måle platformens acceleration. Dvs. at
sensoren hele tiden vil måle tyngdeaccelerationen. Dog har tidligere projekter om helikop-
teren vist at rystelserne fra helikopterens motorer udsætter et accelerometer for så kraftige
accelerationer, at det er meget svært at filtrere et brugbart signal ud fra støjen.
Laser-afstandssensor Denne type sensor benytter sig af en laser-pointer og geometri for at måle
afstanden til et givent objekt (i dette tilfælde gulvet). Laser-afstandsmålere udmærker sig ved
at være meget præcise, dog uden at kunne måle særligt lange afstande.
Ultralyds-afstandsmåler Denne type sensorerer benytter sig af ultralyd og refleksioner af disse
til at lave en måling af afstanden til et objekt. Sensorerne udmærker sig ved at kunne måle
forholdsvis store afstande. dog kræves det, at der kan udbredes ultralydssignaler vinkelret mod
gulvet. Da ultralydstranducere er meget retningsbestemte kræver dette en speciel konstruktion
på helikopteren for at kunne sikre dette selv om helikopteren hælder til en side.
Potentiometer i opstillingen Denne sensor benytter sig af afgrænsningen, der er lavet i Afsnit 3,
hvor det er valgt at placere helikopteren på et kardanled og derved begrænse dens bevægelser.
I dette kardanled kan implementeres en lineær variabel modstand, hvorved der kan udlæses en
analog spænding tilsvarende vinklen på helikopteren.
Af ovenstående sensorer vælges det at benytte et potentiometer i kardanleddet. Dette gøres fordi det
er den eneste sensor der kan benyttes på den aktuelle opstilling. De andre sensorer kræver enten at
opstillingen bliver ændret, eller også kræver de for omfattende signalbehandling.
48