Введение 10
1 Анализ беспилотных летательных аппаратов мультироторного типа 12
1.1 Инерциальная навигационная система 12
1.2 Достоинства и недостатки беспилотных летательных аппаратов
мультироторного типа 13
1.3 Области применения беспилотного летательного аппарата 14
2 Объект регулирования 17
3 Математическое описание квадрокоптера 21
3.1 Матрица момента инерции массы 22
3.2 Коэффициент тяги 23
3.3 Коэффициент крутящего момента 24
3.4 Начальная матричная конструкция 24
3.5 Связь дроссельной команды 25
3.6 Гироскопические силы 26
3.7 Заключительная матричная конструкция 26
3.8 Основные уравнения 27
4 Моделирование и управление 31
4.1 Настройка ПД - регулятора в среде Matlab 36
5 Разработка структуры АСР параметров беспилотного летательного
аппарата 41
6 Разработка функциональной схемы АСР параметров беспилотного
летательного аппарата 45
7 Выбор технических средств и составление заказной спецификации 48
7.1 Выбор микропроцессорной системы 48
7.2 Выбор аппаратуры радиоуправления 50
7.3 Выбор регуляторов скорости двигателя 51
7.4 Выбор аккумуляторной батареи 53
7.5 Выбор двигателей беспилотного летательного аппарата 54
7.6 Выбор дополнительных модулей 55
7.7 Составление заказной спецификации 57
8 Разработка принципиальной электрической схемы АСР 58
9 Разработка монтажной схемы АСР 60
10 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение. 64
10.1 Перечень работ и оценка времени их выполнения 64
10.2 Материальные затраты 66
10.3 Амортизация компьютерной техники 66
10.4 Затраты на заработную плату 66
10.5 Социальные отчисления 67
10.6 Прочие затраты 68
10.7 Накладные расходы 68
10.8 Смета затрат на оборудование и монтажные работы 69
10.9 Определение экономической эффективности 70
11 Социальная ответственность 74
12 Производственная безопасность 76
12.1 Электробезопасность 76
12.2 Шум и вибрация 77
12.3 Пожарная безопасность 78
12.4 Метеорологические условия работы в помещениях 79
12.5 Электромагнитное излучение 82
12.6 Экологическая безопасность 84
12.7 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 85
12.7.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства 86
12.7.2З аконодательное регулирование проектных решений 87
Заключение 89
Список использованных источников 90
Приложение А Заказная спецификация средств автоматизации 94
Объектом исследования является система автоматического управления и регулирования полетом беспилотного летательного аппарата мультироторного типа.
Цель работы: смоделировать систему автоматического регулирования высоты полета БПЛА, которая позволит оптимально запрограммировать контроллер реального образца летательного аппарата.
В процессе моделирования произведен анализ объекта управления, выбраны технические средства, также разработаны структурная схема, функциональная схема, принципиальная электрическая схема, монтажная схема. Произведен экономический расчет объекта моделирования.
В результате смоделирована система автоматического управления, содержащая в себе компоненты, обеспечивающие поддержание высоты полета БПЛА. Все данные о полете беспилотного летательного аппарата мультироторного типа поступают от датчиков в контроллер, главная задача которого состоит в поддержании высоты полета, стабилизации летающей платформы в воздухе и компенсировании внешних воздействий.
Основные конструктивные, технологические и техникоэксплуатационные характеристики: микропроцессорный контроллер,
аналоговый цифровой преобразователь, датчики определения угловой ориентации аппарата, цифровой барометр, четыре двигателя, четыре регулятора скорости двигателей, четыре винта. При необходимости возможна установка дополнительных датчиков.
Степень внедрения: данные беспилотные летательные аппараты могут использоваться как в теплоэнергетической промышленности, так и в других отраслях.
Область применения для данных аппаратов является мониторинг утечек тепла и состояния изоляции трубопроводов. Экономическая эффективность представлена в виде разницы затрат на внедрение и устранения предложенной аварии. По примерным расчетам сумма затрат на восстановление нефтепровода в случае аварии превышает затраты на внедрение беспилотного летательного аппарата для диагностики оборудования в 13,5 раз.
Мехатроника на сегодняшний день является быстро развивающейся областью науки и техники. Она основана на объединении точной механики с электротехническими и компьютерными технологиями. Данная область обеспечивает проектирование и создание новых качественных систем с интеллектуальным управлением и стремится к полной интеграции программируемых контроллеров и программного обеспечения. Мехатроника применяется в таких отраслях как робототехника, космическая техника, авиационная техника и др.
Одной из главных задач мехатроники является создание и внедрение таких автоматических устройств, которые способны заменить человека во вредных и опасных для его жизни условиях.
Потенциально опасными условиями для жизни человека являются:
- производственные объекты, на территории которых находятся воспламеняющиеся и токсичные вещества;
- производственные объекты, на которых используется оборудование, работающее при избыточном давлении;
- производственные объекты, на территории которых ведутся горные работы;
- производственные объекты, на территории которых происходит обработка и хранение растительного сырья.
В связи с этим возрастает роль беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Основным преимуществом БПЛА является низкая стоимость создания и эксплуатации при условии равной эффективности решения поставленных задач. Данные аппараты обладают высокой степенью маневренности и способны работать в опасных условиях для жизни человека. БПЛА используются для мониторинга технологического оборудования, для доставки грузов в труднодоступные места, применяются для тушения пожаров.
Потенциальными потребителями в промышленности являются энергетическая отрасль, топливная отрасль, металлургическая отрасль, химическая отрасль, машиностроительная отрасль и т.д.[1]. Беспилотные летательные аппараты, оснащенные тепловизорами, позволяют эффективно проводить мониторинг утечек тепла и состояния изоляции трубопроводов.
Целями и задачами ВКР являются:
- изучение динамики полета БПЛА;
- изучение и разработка структуры управления БПЛА;
- моделирование структуры САУ;
- расчет параметров настройки регулятора БПЛА;
- разработка модели БПЛА;
- анализ полученных результатов.
Беспилотные летательные аппараты типа мультикоптер являются перспективным направлением использования в теплоэнергетике. БПЛА нашли широкое применение в мониторинге больших площадей или определенных территорий, применение беспилотных летательных аппаратов в теплоэнергетических расчетах, имеющих в своем распоряжении тепловизоры, и способных выполнять мониторинг объектов для фиксации утечек тепла, для визуального контроля любых труднодоступных высотных объектов, линий электропередач и утечек токов. Основными достоинствами БПЛА является маневренность и доступность мониторинга на труднодоступных объектах.
Для адекватной работы мультикоптера необходимо оптимально настроить регуляторы в системе автоматического управления летательным аппаратом.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
