پایان نامه طراحی و پیاده سازی روبات پرنده عمود پرواز

اختصاصی از یارا فایل پایان نامه طراحی و پیاده سازی روبات پرنده عمود پرواز دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات:71

پایان نامه کارشناسی
مهندسی (کامپیوتر – سخت افزار)

فهرست مطالب:
عنوان    صفحه
فهرست شکل‌‌ها    ‌ج
فصل 1 -  مقدمه    3
1-1-    پیشگفتار    3
1-2-    معرفی و مقایسه روبات های پرنده بدون سرنشین    4
1-3-    معرفی QUADROTOR    6
1-4-    مدل ریاضی    8
فصل 2-سخت افزار    12
2-1-    اجزای اصلی    12
2-1-1-    میکرو کنترلر اصلی    13
2-1-2-    نگاهی دقیق تر به میکرو کنترلر و توانمندی های آن    15
2-1-3-    معرفی    ESC    22
2-1-4-    معرفی موتورهای BLDC    23
2-1-5-    معرفی سنسور IMU    25
2-1-6-    معرفی سنسور آلتراسونیک    29
2-1-7-    برد اتصال IOIO    30
2-1-8-    مبدل USB به TTL    32
فصل 3-شبیه سازی    34
3-1-    معرفی موتور UNITY3D    34
3-2-    معرفی کنترلر PID    35
3-2-1-    بررسی تاثیر پارامترها بر سیستم    36
3-2-2-    طراحی کنترلر  و تنظیم آن ( روش زایگلر – نیکلز )    38
3-2-3-    مقایسه PID استاندارد و دیجیتالی ( گسسته )    40
3-3-    مقایسه انواع فیلترها    42
3-3-1-    فیلتر کالمن    42
3-3-2-    فیلتر DCM    43
3-4-    نتایج شبیه سازی – PID استاندارد    47
فصل 4-بخش عملی    49
4-1-    ساخت بدنه    49
فصل 5-نرم افزار    55
ضمیمه ها .....................................................................................................................................................................65
نتیجه گیری .................................................................................................................................................................67
منابع و مراجع .............................................................................................................................................................68


فهرست شکل‌‌ها
عنوان    صفحه

شکل  1 : انواع روبات پرنده    5
شکل  2 : مقایسه روبات های پرنده    5
شکل  3 : نحوه چرخش ملخ ها    6
شکل  4 : نحوه حرکت روبات    7
شکل  5 : مدل دینامیکی روبات    8
شکل  6 : دیاگرام داخلی روبات    12
شکل  7 : نمای داخلی میکرو xmega128    15
شکل  8 : دیاگرام ارتباط داخلی میکروکنترلر    18
شکل  9 : نحوه تولید سیگنال esc    22
شکل  10 : نمای داخلی موتور BLDC    24
شکل  11 : نمای داخلی سنسور شتاب سنج    27
شکل  12 : شماتیک داخلی مدار سنسور imu    28
شکل  13 : سنسور ultrasonic    29
شکل  14 : ماژول واسط گوشی تلفن همراه و مدار اصلی    30
شکل  15 : شماتیک داخلی مدار واسط    31
شکل  16 : مبدل usb به TTL    32
شکل  17 : شماتیک داخلی مبدل usb بهTTL    32
شکل  18 : مدل شبیه سازی شده روبات    34
شکل  19 : کنترل فرآیند با فیدبک حلقه بسته    35
شکل  20 : تاثیر افزایش بهره p    36
شکل  21 : تاثیر افزایش بهره I    36
شکل  22 : تاثیر افزایش بهره D    37
شکل  23 : دیاگرام سیستم حلقه بسته با اغتشاش    38
شکل  24 : پاسخ پله سیستم حلقه بسته    38
شکل  25 : جدول زایگلر - نیکلز    39
شکل  26 : نحوه از بین رفتن اثر نویز با فیلتر کالمن    43
شکل  27 : نتایج بدست آمده از شبیه سازی    47
شکل  28 : مراحل ابتدایی ساخت بدنه    49
شکل  29 : بدنه ساخته شده در مرحله اول    50
شکل  30 : قفس تست ساخته شده    51
شکل  31 : روبات آماده شده با اتصال چهار ملخ    52
شکل  32 : روبات ساخته شده در مرحله نهایی    53
شکل  33 : شماتیک داخلی سخت افزار روبات    66
 

چکیده
در این پروژه ابتدا با معرفی و توضیح حوزه روبات های پرنده با ساختار عمود پرواز چهار ملخه آشنا می شویم . سپس با استفاده از مدل دینامیکی و روابط حاکم ، کنترلر بهینه ایی بر مبنای PID برای آن طراحی می کنیم . پس از شبیه سازی ، آن را پیاده سازی کرده و نتایج را بررسی خواهیم کرد .
کلید واژه: روبات ، پرنده ، Quad rotor ، Quad copter  ، PID  .



فصل اول
مقدمه
فصل 1 -  مقدمه
1-1-    پیشگفتار
با توجه به پیشرفت روزافزون علم روباتیک در عرصه های مختلف به خصوص حوزه روبات های پرنده و همچنین فعالیت تحقیقاتی گسترده بر روی روبات های پرنده عمود پروازی چون روبات های  چهار محرکه ایی ) Quad rotor ) در اکثر دانشگاه های معتبر جهان و همچنین ایران بر آن شدیم تا عنوان پروژه خود را پیاده سازی و طراحی سیستم کنترل یک عمود پرواز بر مبنای چهار محرکه انتخاب نماییم ، تا هم ثمره چهار سال مطالعه نظری بی وقفه در مقطع کارشناسی سخت افزار را به یک دستاورد عملی و کاربردی مبدل سازیم و هم در یک کار تیمی مشترک بر دانش خود  در زمینه مبحث کنترل روبات بیافزاییم . اجزای اصلی این روبات متشکل از چهار موتور BLDC  150 وات همراه با کنترلر سرعت ESC ، یک برد کنترلی اصلی ، یک دستگاه تفلن همراه مجهز به سیستم عامل اندروید برای کاهش هزینه ها و استفاده از امکانات گسترده سخت افزاری آن ، یک باتری لیتیومی مخصوص هواپیما های مدل ، ماژول سنسور شتاب و زاویه سنج IMU و یک مدار واسط برای ارتباط برد کنترلی و تلفن همراه می باشد . سخت ترین مرحله از پروژه طراحی سیستم کنترل حلقه بسته ایی است که تعادل روبات را در هوا تضمین نماید و همچنین امکان کنترل دقیق را برای کاربر فراهم سازد . برای دست یابی به چنین سیستم کنترلی از یک مدل ریاضی و شبیه سازی آن در محیط هایی چون Simulink یا Unity3d استفاده می کنیم و با استفاده از تنظیم کنترلر هایی چون PI یا PID ، کنترلر خود را بر روی مدل واقعی می آزماییم .


1-2-    معرفی و مقایسه روبات های پرنده بدون سرنشین
روبات های پرنده بدون سرنشین (UAV)   به سه دسته کلی هواپیماهای بدون سرنشین و روبات های دارای بالگرد و بالون ها تقسیم بندی می شوند . هواپیما های بدون سرنشین برای پرواز از خاصیت آیرودینامیکی هوا استفاده می کنند و دارای بال هستند به همین جهت برای پرواز خود نیاز به یک باند پرواز مستقیم دارند تا از زمین جدا شوند . در مقابل ماشین های بالگرد دار مثل انواع هلیکپتر ها بدون نیاز به باند پرواز به صورت مستقیم پرواز می کنند  (VTOL) ولی در مقابل برای کنده شدن از زمین نیاز به انرژی بیشتری دارند و نسبت به هواپیما ها طول پرواز  و مسافت کمتری را پرواز  می کنند  . بالون ها با استفاده از گازهای سبکتر از هوا   (LTA) مثل هلیوم یا هوای گرم پر شده و بدون نیاز به نیروی محرکه به صورت مستقیم پرواز می کنند ولی مشکل اصلی آنها عدم کنترل دقیق و تاثیر پذیری زیاد آنها نسبت به باد است . در این سه دسته بالگرد ها به توجه به کنترل دقیق حرکت و مانور پذیری بالا دارای اهمیت ویژه ایی می باشند .
بالگرد های استاندارد با توجه به استفاده از یک محرکه اصلی برای پرواز نیاز به یک کنترلر بسیار پیچیده می باشند و حفظ تعادل در آن ها سخت می باشد . حال اگر تعداد محرک های یک بالگرد را به دو یا سه عدد افزایش دهیم پایداری سیستم را افزایش داده و کنترلر آن ساده تر می شود .  در یک روبات پرنده عمود پرواز از منطق یک بالگرد استفاده می شود با این تفاوت که تعداد محرکه ها به چهار عدد افزایش یافته و دیگر نیازی به استفاده از دم نیست . با توجه به ساختار متقارن آن پایداری بالایی دارد و همچنین کنترلر آن ساده تر و دقیق تر می باشد .

مقاله جابجایی رسوبات عمود بر ساحل و پروفیل توسعه یافته

اختصاصی از یارا فایل مقاله جابجایی رسوبات عمود بر ساحل و پروفیل توسعه یافته دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : word(قابل ویرایش)

تعداد صفحات:46

فهرست مطالب:

9-2 انتقال رسوبات عمود بر ساحل:
9-2-1 هیدرودینامیک خارج از ناحیة شکست
9-2-1-ب- موج غیرخطی
9-2 محاسبه شد حاصل می شود:
9-2-2-ج ریزش موج
9-3- ریزش موج رسوب معلق
9-4- جریان توربولانس میانگین
9-5- انتقال رسوب عمود بر ساحل بیرون ناحیه شکست
9-7- توسعه پروفیل ساحلی
9-8 مدل Dean برای پروفیل ساحل آرام
10- انتقال رسوب در امتداد ساحل و توسعه سواحل
10-1- مقدمه
10-2- انتقال رسوب در امتداد ساحل:
10-3 فرمولهای CERC
10-4 فرمول CERC در فرم بدون ابعادی
(10-5) مدلهای انتقال رسوب در امتدا  ساحل
یک آنالیز کامل به فرمول زیر منجر می شود:
10-6- تاثیر امواج نامنظم
10-7 تاثیر باد و جریان:
10-8 تاثیر کانالهای آب لرز:
10-9 مدلهای توسعه ساحلی:
10-10- حل آنالیزی مدل خط ساحلی

جابجایی رسوبات عمود بر ساحل و پروفیل توسعه یافته
9-2 انتقال رسوبات عمود بر ساحل:
جابجائی رسوب در راستای عمودی ساحل مهم است چون شکل ساحل وابسته به آن است. پروفیل یک ساحا ماسه ای به طور مداوم در حال تغییر است و ممکن است طی یک طوفان  به طور اساسی تغییر کند. اصولاً نمی توان یک شبیه سازی پرجزئیات از انتقال رسوب امتداد ساحلی بدون داشتن یک مدل انتقال رسوب عمود بر ساحل و توسعه پروفیل عمود بر ساحل بدست آورد. می توان گفت که مدل توسعه پروفیل ساحل به یک مرحله نخواهد رسید (Stage) مگر اینکه مدل انتقالی رسوب در ساحل طولانی و شبیه سازی برروی پروفیلهایی پایه ریزی شوند که در طول پریود طوفان برداشت شوند.
به طور عمومی فرض می شود که موقعیت به صورت کاملی دو بعدی است و بدون هیچ جریان متوسط عمود بر ساحل است. این موقعیت شرایط آزمایشگاهی را پددی می آورد که در یک فلوم موج معمولی با آن مواجهیم در طبیعت فرض جریان عمود بر ساحل میانگین غیرواقعی است. انحراف کوچک از موقعیت یکنواخت کامل می تواند به ناپادیاری منجر شود و به یک سری از جریانهای دایره ای و جریانهای ریپ  خاتمه پیدا کند.
با این حال موقعیت دوبعدی به خاطر آنکه خوب دسته بندی شده است و به خاطر آنکه تمام مکانیسم ها در موقعیت جریان سه بعدی پیچیده آورده شوند دارای مزیت قابل ملاحظه ای هستند. موقعیت جریان عمود بر ساحل صفر از یک جریان متوسط قوی بسیار پیچیده است و این به خاطر شرکت دادن مکانیسم متفاوت بسیار زیاد که در انتقال رسوبات بدون امکان حذف کردن هیچ یک از آنها است. با یک جریالن قوی تاثیر تنش برشی میانگین برای جریان میانگین و انتقال رذسوب قابل صرفنظر کردن است.
در ادامه مکانیسم انتقال رسوب عمود بر ساحل بیان می شود و برای موقعیت هیا داخلی منطقه شکست و خارج منطقه شکست  فرمولاسیون مدل انتقال رسوب در دو قسمت بیان می شود: (a شرح هیدرودینامیک هدف اصلی توزیع سرعت جریان متوسط بعلاوه تغییرات ویسکوزیته چرخشی و تنش برشی بستر (b توزیع انتقال رسوب و نتایج با رسوب
9-2-1 هیدرودینامیک خارج از ناحیة شکست
بیرون ناحیه شکست  اتلاف انرژی و توربولانس به طور کلی به لایه مرزی موج نزدیک بستر محدود می شود و تلاش اصلی برروی شرایط توضیح داده شده و لایه مرزی تاثیر آن روی جریان متوسط و انتقال رسوب متمرکز می شود.
نخست یک موقعیت جریان که بوسیله تئوری پتانسیل جریان خارج از لایه وزی موج شرح داده شده است مورد بررسی قرار می گیرد. ملاک اینکه تئوری معتبر بادش این است که تنش برشی میانگین موج در بیرون لایه مرزی صفر باشد.
9-2-1-الف – جریان جویباری
این پدیده حایی مطرح است که چگونه غیریکنواختی لایه مرزی تحت امواج حقیقی، باعث تغییر در تنش برشی میانگین بالای لایه مرزی می شود. جابجایی لایه مرزی موج یکنواخت باعث سرعت های قائم کوچک می شود که از صفر در کف تا 700 بیرون لایه مرزی افزایش می یابد. تغیرات پرجزئیات این سرعت می تواند از توزیع سرعت در زمان و مکان لایه مرزی تعیین یشود. پدیده جویباری یک جهش تنش در برش میانگین   بالای لایه مرزی موج ایجاد می کند.
یک تعدیل نیروی کامل با تنش برشی میانگین صفر در تمام ستون آب (بیرون لایه مرزی موج) بوسیله تصححی در شیب میانگین سطح آب حاصل می شود. چون تنش برشی میانگین در لایه مرزی موج غیر صفر است، بنابراین سرعت جریان نیز غیرصفر می شود. سرعت جریان میانگین در لایه مرزی موج افزایش می یابد تا به یک مقدار ثابت بیرون لایه مرزی برسد.
9-2-1-ب- موج غیرخطی
در ابهای کم عمق زماین که امواج نزدیک به شکستن هستند بسیار غیرخطی می شوند و تغییرات حرکت اریستال نزدیک سطح می توانند از پیش گویی مرتبه اول تئوری موج متفاوت باشد. اگر لایه مرزی موج لایه ای  باشد لایه مرزی دریایی دارای تنش برشی صفر برای جریان افقی متوسط نزدیک بستر خواهد بود.
این به خاطر این است که حل لایه مرزی لایه ای به صورت خطی است و یک حل کامل می تواند با بدست آوردن تجزیه فوریه حرکت القایی امواج حاصل شود. درنتیجه خطی بودن  حل کامل لایه ای می تواند با اضافه کردن یک حل متناسب به هر مؤلفة فوریه به دست می آید. با فرض تنش برشی میانگین صفر برای هر مؤلفه هارمونیک برای حل کلی نیز صفر می شود.
برای یک لایه مرزی دریایی توربولانس تنش برشی میانگین ضرورتاً برای جریان میانگین صفر نخواهد بود. این می تواند بادرنظر گرفتن یک فاکتور اصطکاک ثابت مثل   بیان شود:
                 (9-1)
     تنش برشی بستر لحظه ای و   سرعت اربیتالی القایی موج نزدیک بستر است.   ترکیبی از دو هارمونیک است که از مرتبة دوم تئوری موج حاصل می شود.
         (9-2)
 : فرکانس زاویه ای موج است. فرض می وشد که هارمونیک دو کوچک است یعنی:
                 (9-3)
زمانی که تنش برشی میانگین از معادله 9-1 و 9-2 محاسبه شد حاصل می شود:
                 (9-4)
     تنش برشی بستر حداکثر در طول یک پریود موج است زمانی که تنش برشی میانگین صفر مورد نیاز باشد. نیاز به افزون سرعت جریان ثابت  به حرکت اربیتالی در بالای لایه مرزی موج است  . مقدار   با استفاده از اصول تنش برشی بدست می آید:
         (9-5)
یا
 
این حرکت موج   با سرعت میانگین که در قائم ثابت است، به نظر می رسد که نیاز برای یک حرکت موج پتانسیل بدون هیچ تنش برشی میانگین را نتیجه می دهد که معادله
(9-1) تنش برشی بستر را تعیین می کند. زمانی که یک مدل پرجزئیات استفاده می شود، جریان میانگین که تنش برشی میانگین صفر را می دهد بوسیله سعی و خطا معین می شود.