臺灣博碩士論文加值系統

模型直昇機在飛行時，主旋翼為其升力與推力的主要來源。當主旋翼的負荷改變而產生過大的轉速變化時，會造成升力不穩定並且使旋翼與機身發生震動。因此一個良好的飛行控制，其主旋翼轉速的穩定性也是很重要的一環，所以我們便針對模型直昇機的引擎轉速設計一套控制系統。
在規劃模型直昇機的引擎轉速控制系統時，由於CAN bus具有即時（real time）通訊的功能，而且CAN bus是個多主系統多路傳輸通信協定系統，適用於多個微處理器的系統，所以我們運用CAN bus通訊系統，將兩顆Microchip公司的PIC18F458微處理器（其中一顆PIC微處理器測量尾旋翼轉速，另一顆PIC微處理器負責操控油門伺服馬達以控制模型直昇機的轉速）構成一套模型直昇機的引擎轉速控制系統。另外在設計過程中我們使用德國dSPACE公司出品的DS1103型數位信號處理器作為一個開發站台，負責傳送控制命令與接收資料，提供使用者一個即時操作介面，整個系統都以CAN通訊協定進行。
在此控制系統架構下，我們針對引擎的油門命令到尾旋翼轉速做系統鑑別實驗，並且運用RST設計方法設計出一個防積分飽和（anti - windup）控制器，然後經由負荷實驗來測試控制器的性能，發現在相同的干擾情況下，控制器將主旋翼的轉速偏差值由開迴路時的7.3 rps降至2.5 rps，成功地完成一套模型直昇機的引擎轉速控制系統。

We design a rotor speed controller for R/C model helicopter to limit the vibration and jitter due to the unstable lift and thrust force caused by main rotor under varying rotor speed.
We implement the CAN bus to regulate the rotor speed as CAN bus has real time protocol and multi processor function. Two Microchip PIC18F458 are installed in our model helicopter. One Microchip PIC18F458 measures the engine speed from the tail rotor, and the other control the servo motor to actuate the fuel valve. DS1103 of dSPACE is a signal processor to collect the data and control the helicopter in manual mode through the CAN bus protocol.
In our control system, we focus the fuel valve actuation and tail rotor speed to design a system identification. RST controller with anti-windup function has been test successfully with real loading and disturbance imposed, and the differential rotor speed reduced to 2.5 rpm compare to 7.3 rpm under open loop control.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
第1章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 直昇機飛行原理 1
1.2.1 主旋翼 1
1.2.2 尾旋翼 3
1.2.3 平衡翼 3
1.2.4 自由度 4
1.3 文獻探討 4
1.4 論文大綱 5
第2章 系統規劃 6
2.1 系統架構 6
2.2 硬體架構 6
2.3 資料傳輸系統 - Controller Area Network (CAN-bus) 8
2.3.1 CAN bus簡介 8
2.3.2 CAN bus架構 8
2.3.3 CAN bus資料型態 9
2.3.4 CAN bus流程 10
2.4 轉速量測系統 - 光電感測器 11
2.4.1 轉速量測程式流程 12
2.5 油門系統 - RC伺服馬達 13
2.5.1 RC伺服馬達 13
2.5.2 RC伺服馬達控制程式流程 14
2.5.3 RC伺服馬達實驗 16
第3章 控制器設計 18
3.1 系統鑑別 18
3.2 控制理論 ( RST多項式控制法則 ) 20
3.3 控制器設計 22
3.4 PIC控制器 24
3.5 模擬控制 24
第4章 實驗與討論 27
4.1 實驗平台 27
4.2 控制架構與介面 27
4.2.1 DS1103控制 27
4.2.2 PIC控制 28
4.2.3 控制介面 29
4.3 定速實驗 30
4.4 變速實驗 31
4.5 負荷實驗 33
第5章 結論 37
附錄A 實驗設備 38
參考文獻 40

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