Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters

Präsentation zum Thema: "Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters"—  Präsentation transkript:

1 Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters
Kolloquium zur Erlangung des Abschlusses Bachelor of Science in Computer Science Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters Christoph Peters

2 Inhalt Der Quadrokopter Thema und Aufgabenstellung Flugvisualisierung
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Inhalt Der Quadrokopter Thema und Aufgabenstellung Flugvisualisierung Modellbildung (Echtzeit-) Simulation Zusammenfassung Demonstration 2 / 30

3 Der Quadrokopter VTOL-Fahrzeug 4 Rotoren in einer Ebene
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Der Quadrokopter VTOL-Fahrzeug 4 Rotoren in einer Ebene 2 linksdrehend, 2 rechtsdrehend Drehzahlgesteuert (Pitch möglich) Vortrieb durch Neigung der Rotorebene 3 / 30

4 Der Quadrokopter Open-source and commercial Projects: 9 non-commercial
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Der Quadrokopter Open-source and commercial Projects: ( 9 non-commercial 16 commercial 4 / 30

5 Der Quadrokopter Prinzipielle Steuerung (Schwebeflug) rechts links 1/2
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Der Quadrokopter Prinzipielle Steuerung (Schwebeflug) rechts links 1/2 yaw roll 1/2 linksdrehend rechtsdrehend Schub / Drehzahl vorne hinten 1/2 nick 5 / 30

6 Thema / Aufgabenstellung
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Thema / Aufgabenstellung 1.) Modellbildung: - Identifikation der Zustandsgrößen - Beschreibung relevanter Effekte - Eingabe in Matlab/Simulink => Bewegungsgleichungen 6 / 30

7 Thema / Aufgabenstellung
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Thema / Aufgabenstellung 2.) Simulation: - Abgleich mit Messdaten der Realität - Test aller Freiheitsgrade - Visuelle Aufbereitung - Echtzeit 7 / 30

8 Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters
Flugvisualisierung 8 / 30

9 Flugvisualisierung mit C# Eingesetzte Entwicklungssoftware: +
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Flugvisualisierung Eingesetzte Entwicklungssoftware: mit C# + 9 / 30

10 Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters
Flugvisualisierung 10 / 30

11 Flugvisualisierung Geometriedefinition (Dreiecke)
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Flugvisualisierung Geometriedefinition (Dreiecke) Lichtquelle (Global, Streulicht, Punktlicht) Materialeigenschafen Texturierung Alpha-Blending (Transparenz) Wavefront Obj-Format TCP/IP-Schnittstelle RS232-Schnittstelle (Echtzeitanimation) 11 / 30

12 Modellbildung Was soll modelliert werden? Die Motoren
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Modellbildung Was soll modelliert werden? Die Motoren Schubverhalten an den Luftschrauben Bewegungsgleichungen Umwelteinflüsse 12 / 30

13 Modellbildung Grobschema des Quadrokopters
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Modellbildung Grobschema des Quadrokopters 13 / 30

14 (Beispiel: 90° nick, dann yaw)
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Modellbildung Koordinatensystem 2 Koordinatensysteme (Frames) sind notwendig! Flugzeugfestes System Erdfestes System (geodätisches) (nach Flugfahrtnorm DIN 9300) (Beispiel: 90° nick, dann yaw) 14 / 30

15 Modellbildung u y x Die Zustandsübergangsfunktion (allgemein)
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Modellbildung Die Zustandsübergangsfunktion (allgemein) x u y 15 / 30

16 Modellbildung Zustandsgrößen Eingangsgrößen
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Modellbildung Zustandsgrößen Eingangsgrößen 16 / 30

17 Modellbildung Antriebe / Ersatzschaltbild
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Modellbildung Antriebe / Ersatzschaltbild 17 / 30

18 Modellbildung Feinabstimmung mit Realverhalten
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Modellbildung Feinabstimmung mit Realverhalten 18 / 30

19 Modellbildung Standschubkennlinie (keine Luftanströmung)
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Modellbildung Standschubkennlinie (keine Luftanströmung) 19 / 30

20 Modellbildung Stromfadentheorie Bernoulli / Schubformel
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Modellbildung Stromfadentheorie Bernoulli / Schubformel 20 / 30

21 Modellbildung Flugzustände Steigflug Langsamer Sinkflug
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Modellbildung Flugzustände Steigflug Langsamer Sinkflug Wirbelringstadium 21 / 30

22 Modellbildung Bewegungsgleichung (Grundgesetze)
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Modellbildung Bewegungsgleichung (Grundgesetze) 22 / 30

23 Modellbildung Bewegungsgleichung (rotatorisch)
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Modellbildung Bewegungsgleichung (rotatorisch) 23 / 30

24 Modellbildung Drehmomente (Yaw)
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Modellbildung Drehmomente (Yaw) 24 / 30

25 Modellbildung Translation
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Modellbildung Translation 25 / 30

26 Modellbildung Bodenkontakt Vertikal: Feder-Dämpfer Horizontal: Dämpfer
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Modellbildung Bodenkontakt Vertikal: Feder-Dämpfer Horizontal: Dämpfer Abhängigkeiten: Geschwindigkeit im erdfesten System Höhe (erdfest) 26 / 30

27 Modellbildung Resultat in Matlab
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Modellbildung Resultat in Matlab 27 / 30

28 Echtzeitsimulation Real-Time Windows Target TS = 1ms Runge-Kutta-4
Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters Echtzeitsimulation Real-Time Windows Target TS = 1ms Runge-Kutta-4 28 / 30

29 Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters
Zusammenfassung 29 / 30

30 Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters
Demonstration … 30 / 30