표제지
목차
요약 10
I. 서론 12
1.1. 연구 배경 12
1.2. 이론적 근거 13
1.3. 드론 제어 알고리즘 관련 연구 14
1.3.1. 선형 제어 알고리즘 14
1.3.2. 비선형 제어 알고리즘 15
1.3.3. 지능형 제어 알고리즘 15
1.3.4. PID 제어 알고리즘 적용 16
1.4. 연구 내용 및 논문 구성 17
II. 비행 원리 및 동역학적 수학 모델 19
2.1. 비행 원리 19
2.1.1. 드론 구조 19
2.1.2. 비행 자세[원문불량;p.11-13] 20
2.2. 자세 계산 방법[원문불량;p.14] 25
2.2.1. 좌표계 설정[원문불량;p.15] 26
2.2.2. Euler 각도[원문불량;p.16-17,19-22] 27
2.2.3. 좌표 전환 행렬[원문불량;p.23] 33
2.3. 동역학적 수학 모델 35
2.3.1. 선운동 관련 연구[원문불량;p.24-27] 35
2.3.2. 각운동 관련 연구[원문불량;p.27-30] 38
2.3.3. 동역학적 수학 모델[원문불량;p.30-33] 41
2.4. 본장 요약 44
III. 동역학적 수학 모델 Simulink 시뮬레이션 45
3.1. Simulink 시뮬레이션 변수 46
3.2. 각속도로 제어 시스템 Simulink 시뮬레이션 46
3.3. 채널 입력으로 제어 시스템 Simulink 시뮬레이션 51
3.4. 본장 요약 56
IV. PID기반으로 드론 제어 시스템 시뮬레이션 56
4.1. PID 원리[원문불량;p.47] 57
4.1.1. PID 제어기 각 부분의 기능 58
4.1.2. PID 제어기 변수 조정 59
4.2. 비행 시스템의 자세 계산 59
4.3. PID 제어 시스템 시뮬레이션[원문불량;p.50] 60
4.3.1. 고도 PID 제어[원문불량;p.51] 61
4.3.2. Euler 각도 PID 제어[원문불량;p.52] 62
4.3.3. PID 제어 시스템 Simulink 시뮬레이션[원문불량;p.53-54] 63
4.4. 본장 요약 68
V. 동역학 기반 무게-가변형 드론 시뮬레이터 개발 69
5.1. 시뮬레이터 개발 69
5.2. 테스트 베드용 드론 개발 72
5.3. Cleanflight을 이용한 드론 기초 설정 72
5.4. 실험 및 결과 76
5.4.1. 시뮬레이터의 정상 동작 여부 확인 77
5.4.2. 무게-고정형 드론의 실험 및 결과 79
5.4.3. 실제 무게-가변형 드론의 실험 및 결과 81
5.5. 본장 요약 83
VI. 결론 및 향후 과제 84
참고문헌 86
Abstract 93
〈표 1〉 드론 다양한 자세를 할 때 모터 속도 변화하는 상태 25
〈표 2〉 드론 시뮬레이션 변수 46
〈표 3〉 각 PID 제어기의 제어 계수 64
〈그림 1〉 X-형 드론 구조 19
〈그림 2〉 3차원 좌표계 20
〈그림 3〉 수직 승강 자세 21
〈그림 4〉 Rolling 자세 22
〈그림 5〉 Pitching 자세 23
〈그림 6〉 Yawing 자세 24
〈그림 7〉 비행 자세 26
〈그림 8〉 지면 좌표계와 기체 고정 좌표계 27
〈그림 9〉 Rolling 각도 roll 28
〈그림 10〉 Pitching 각도 pitch 30
〈그림 11〉 Yawing 각도 yaw 32
〈그림 12〉 각속도로 제어 시스템의 동역학적 수학 모델 44
〈그림 13〉 채널 입력으로 제어 시스템의 동역학적 수학 모델 44
〈그림 14〉 각속도로 제어 동역학 시스템 시뮬레이션 모델 47
〈그림 15〉 수직 상승 시 고도 그래프 47
〈그림 16〉 Rolling 시 각도 roll 그래프 48
〈그림 17〉 Pitching 시 각도 pitch 그래프 49
〈그림 18〉 Yawing 시 각도 yaw 그래프 50
〈그림 19〉 채널 입력으로 제어 동역학 시스템 시뮬레이션 모델 51
〈그림 20〉 수직 상승 시 RPM 그래프 52
〈그림 21〉 Rolling 시 RPM 그래프 53
〈그림 22〉 Pitching 시 RPM 그래프 54
〈그림 23〉 Yawing 시 RPM 그래프 55
〈그림 24〉 PID 제어기 구조 57
〈그림 25〉 PID 제어 시스템 알고리즘 61
〈그림 26〉 PID 기반으로 비행 제어 시스템 시뮬레이션 모델 63
〈그림 27〉 zd=1m 시 고도 PID 제어 그래프[이미지참조] 65
〈그림 28〉 Φd=0.2rad 시 각도 roll PID 제어 그래프[이미지참조] 66
〈그림 29〉 θd=0.2rad 시 각도 pitch PID 제어 그래프이미지참조] 67
〈그림 30〉 ψd=0.2rad 시 각도 yaw PID 제어 그래프[이미지참조] 68
〈그림 31〉 동역학적 모델을 위한 회로도 70
〈그림 32〉 Simulink로 작성한 드론 설계도 71
〈그림 33〉 테스트 베드용 드론 72
〈그림 34〉 가속도계를 설정 73
〈그림 35〉 Configuration 설정 74
〈그림 36〉 Motors테스트 75
〈그림 37〉 드론 자세 모니터링 75
〈그림 38〉 작동 확인을 위한 테스트 78
〈그림 39〉 무게-고정형 드론 시간 데이터 측정 80
〈그림 40〉 무게-고정형 드론 RPM과 자이로 센서의 변화 데이터 측정 81
〈그림 41〉 무게-가변형 드론 데이터 측정 83