표제지
목차
ABSTRACT 10
제1장 서론 11
제1절 초소형 날갯짓 비행체 11
제2절 연구 내용 및 구성 13
제2장 KUBeetle-SPC 14
제1절 KUBeetle 구조 14
제2절 KUBeetle-SPC 동역학 모델과 안정성 16
1. 종방향 모드의 동역학 모델 17
2. 횡방향 모드의 동역학 모델 20
제3장 제어기 설계 및 시뮬레이션 23
제1절 자세 추정 방법 및 필터 설계 23
제2절 Simulink를 이용한 제어 시뮬레이션 26
1. 제어 시스템 구성도 26
2. 종방향 모드 제어 시스템과 안정성 분석 26
3. 횡방향 모드 제어 시스템과 안정성 분석 32
제4장 제어시스템 하드웨어 40
제1절 제어보드 설계 40
제2절 제어보드 회로도 42
제3절 제어 프로그램 45
제4절 메커니즘을 고려한 이득 값 조절 48
제5장 자세 측정 실험 49
제1절 1축 짐벌 피치 각도 측정 49
제2절 줄에 매단 비행체의 자세 추정 실험 54
제3절 잡음 변수의 값에 따른 각도의 변화 58
제6장 결론 61
참고문헌 63
부록 67
국문초록 86
〈표 2-1〉 KUBeetle-SPC의 주요 제원 15
〈표 2-2〉 종방향 모드 안정 미계수와 제어 미계수 19
〈표 2-3〉 횡방향 모드 안정 미계수와 제어 미계수 21
〈그림 2-1〉 KUBeetle-SPC 모델과 구조 14
〈그림 2-2〉 KUBeetle-SPC 자세제어 메커니즘 16
〈그림 2-3〉 KUBeetle-SPC의 좌표계와 힘 및 속도 성분 17
〈그림 3-1〉 IMU를 이용한 각도와 각속도 추정 과정 25
〈그림 3-2〉 종방향 모드, 횡방향 모드의 제어시스템 형태 26
〈그림 3-3〉 종방향 모드의 제어시스템 구성 27
〈그림 3-4〉 종방향 모드 피치 입력, 출력의 나이퀴스트 선도 28
〈그림 3-5〉 종방향 모드 피치 입력, 출력의 극점-영점 맵 28
〈그림 3-6〉 Kp,θ=0.15(좌), Kp,θ=0.07(우) 일 때 종방향 모드 피치 입력, 출력의 보드 선도[이미지참조] 29
〈그림 3-7〉 시간영역 피치 구형파 입력 응답 29
〈그림 3-8〉 피치 제어기 콤플렉스 컴펜세이터 30
〈그림 3-9〉 콤플렉스 컴펜세이터를 적용한 종방향 모드 피치 입력, 출력의 보드 선도 31
〈그림 3-10〉 시간영역 피치 구형파 입력 응답 비교 31
〈그림 3-11〉 횡방향 모드의 제어시스템 구성 33
〈그림 3-12〉 횡방향 모드 롤 입력, 출력의 나이퀴스트 선도 34
〈그림 3-13〉 횡방향 모드 롤 입력, 출력의 극점-영점 맵 34
〈그림 3-14〉 횡방향 모드 롤 입력, 출력의 나이퀴스트 선도 35
〈그림 3-15〉 횡방향 모드 요 입력, 출력의 극점, 영점 맵 35
〈그림 3-16〉 롤 제어기 콤플렉스 컴펜세이터 36
〈그림 3-17〉 콤플렉스 컴펜세이터를 적용하지 않은 횡방향 모드 롤 입력, 출력의 보드 선도 37
〈그림 3-18〉 콤플렉스 컴펜세이터를 적용한 횡방향 모드 롤 입력, 출력의 보드 선도 37
〈그림 3-19〉 시간영역 롤 구형파 입력 응답 비교 38
〈그림 3-20〉 횡방향 모드 롤 입력, 출력의 보드 선도 39
〈그림 3-21〉 시간영역 요 구형파 입력 응답 39
〈그림 4-1〉 제작된 실물 제어보드와 부품 배치 40
〈그림 4-2〉 MCU 부 회로도 42
〈그림 4-3〉 IMU 부 회로도 43
〈그림 4-4〉 3.3V 전원부 회로도 43
〈그림 4-5〉 5V 전원부 회로도 43
〈그림 4-6〉 버퍼와 EEPROM 회로도 44
〈그림 4-7〉 Keil 온라인 컴파일러 45
〈그림 4-8〉 (좌)ST-Link 유틸리티와 (우)ST-Link 디버거/프로그래머 모듈 47
〈그림 4-9〉 가중치가 포함된 제어시스템 블록선도 48
〈그림 5-1〉 1축 짐벌과 날갯짓 비행체의 장착 모습 49
〈그림 5-2〉 1축 짐벌의 3D 모델링 50
〈그림 5-3〉 엔코더 실험 중 IMU의 가속도 측정 값 51
〈그림 5-4〉 엔코더 실험 중 IMU의 각속도 측정 값 52
〈그림 5-5〉 엔코더 실험의 각도 비교: (a) 전체 측정 구간 비교, (b)3초에서 9초 사이의 결과 비교, (c) 16초에서 23초 사이의 결과 비교 53
〈그림 5-6〉 비행체를 줄에 매달아 잡고 실험 비행한 사진 54
〈그림 5-7〉 비행 실험 중 IMU의 가속도 측정 값 55
〈그림 5-8〉 비행 실험 중 IMU의 각속도 측정 값 56
〈그림 5-9〉 제어보드에서 칼만필터를 이용하여 계산한 각도 57
〈그림 5-10〉 엔코더 각도, 제어보드 계산 각도, 칼만필터 각도 값 비교 59
〈그림 5-11〉 제어보드 계산 각도와 수정된 칼만필터 롤, 피치 각도 비교 60