멀티 로터 UAV 제어 알고리즘 테스트 플랫폼

사례 연구

고객 하얼빈공과대학 우주항공대학

측정 범위 7m * 7m * 4m

적용 멀티로터 UAV, 실내포지셔닝, UAV 편성

분석 대상 멀티 로터 UAV

사용 장비 16 Mars 2H 모션 캡처 카메라

전통적인 UAV 테스트 시스템

Multi-rotor UAV는 소형, 경량, 단순한 구조, 강력한 기동성, 안정적인 비행, 용이한 편성 및 특정 임무의 협력 완료로 인해 민간 및 군사 분야에서 널리 사용되었다. 최근 몇 년 동안 다중 항공기 형성, 다중 항공기 협력 비행 및 다중 항공기 협력 특정 작업 완료와 같은 다중 로터 UAV의 복잡한 제어 알고리즘에 대한 연구는 점차 국내외 연구 핫스팟이되었다.

다중 항공기 형성 및 다중 로터 UAV의 협력 비행과 같은 복잡한 임무는 제어 알고리즘에 대한 더 높은 요구 사항을 제시한다. 멀티로터 비행제어 알고리즘의 안정성과 신뢰성을 확보하기 위해서는 테스트가 필요하다. 따라서 편리하고 효율적이며 신뢰할 수 있는 제어 알고리즘 테스트 플랫폼을 구축해야 한다.

기존의 멀티로터 UAV 제어 알고리즘의 테스트 플랫폼은 다음 그림과 같다. GPS 위성 위치 확인 시스템은 멀티 로터 항공기의 위치 및 속도 정보를 제공하고, 기체의 IMU는 3축 자세각, 각속도 및 가속도를 측정하여 멀티 로터 기체의 제어 시스템으로 전송한다. 비행 제어 알고리즘과 경로 계획 알고리즘에 의해 처리된 후 제어 모터는 멀티 로터 UAV의 비행 제어를 실현하기 위해 구동된다.

그러나 이러한 플랫폼에는 다음과 같은 결함이 있다

1) 환경적 요인의 영향을 많이 받는다. GPS는 실내에서 작동할 수 없으므로 실험 플랫폼은 실외에서만 구축할 수 있으며 날씨 요인에 쉽게 영향을 받는다.

2) 테스트 플랫폼의 위치 정확도가 충분히 높지 않다. 일반적으로 GPS의 포지셔닝 정확도는 미터 또는 센티미터로 밀리미터에 도달할 수 없으며 테스트 위치에 크게 영향을 받는다. 예를 들어, 인근 건물은 정확도에 영향을 미치므로 다중 항공기 형성 실험에 도움이 되지 않는다.

모션 캡쳐 시스템 기반 무인항공기 실내 시스템

따라서 위의 문제를 해결하기 위해 NOKOV 광학 3D 모션 캡처 시스템을 기반으로 한 Harbin Institute of Technology 항공 대학의 Liu Bo 박사는 복잡한 제어 알고리즘에 대한 테스트 플랫폼으로 멀티 로터 UAV 실내 테스트 시스템을 구축했다. 다중 회전자에 대한 정확한 위치 및 자세 정보를 제공할 수 있으며 단일 회전자 및 지상 차량과 같은 제어 알고리즘을 위한 테스트 플랫폼으로도 사용할 수 있다.

실험 시스템은 주로 NOKOV 광학 3D 모션 캡처 시스템, 워크스테이션 컴퓨터(모션 캡처 소프트웨어 실행), 컴퓨터(QT 지상 관제센터 실행) 및 멀티 로터 UAV로 구성된다. 그 중 NOKOV(미터법) 광학 3D 모션 캡처 시스템에는 특정 파장의 적외선을 방출할 수 있는 16개의 Mars 2H 모션 캡처 카메라가 포함된다. 적외선을 반사할 수 있는 마커가 UAV에 배치된다. 모션 캡처 카메라가 보정된 후 마커 마커의 공간 위치 좌표를 실시간으로 캡처할 수 있으며 캡처된 데이터를 기가비트 이더넷을 통해 실시간으로 지상의 워크스테이션 컴퓨터로 전송할 수 있다. 워크스테이션에서 실행되는 Seeker 소프트웨어는 모든 마커 포인트의 위치 정보는 물론 마커s로 구성된 강체의 위치 및 자세 각도의 6자유도 데이터를 계산하여 위치 및 자세 정보를 전송할 수 있다. VRPN 통신을 통해 실시간으로 강체를 QT 지상 관제센터로 전송한다. 특정 프로세스가 그림에 나와 있다.

실험 플랫폼은 기존 실험 플랫폼이 GPS 실외 환경의 영향을 받는 단점을 피하고 위치 정확도를 밀리미터 이하 수준으로 향상시켜 멀티 로터 UAV 제어 알고리즘 연구를 위한 새로운 연구 방법을 제공하고 가능성을 확장한다. 앞으로 더 많은 연구. 국내 광학 모션 캡처 시스템으로서 NOKOV 광학 3D 모션 캡처 시스템은 중국 대학에 많은 파트너를 보유하고 있어 국가 과학 연구 수준을 향상시키는 데 도움이 된다.