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

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Präsentation zum Thema: "Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters Kolloquium zur Erlangung des Abschlusses Bachelor of Science in Computer Science Christoph Peters."—  Präsentation transkript:

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

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

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

4 Der Quadrokopter Open-source and commercial Projects: (http://multicopter.org/wiki/Multicopter_Table) 9 non-commercial 16 commercial 4 / 30 Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters

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

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

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

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

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

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

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

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

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

14 Koordinatensystem Modellbildung (nach Flugfahrtnorm DIN 9300) 2 Koordinatensysteme (Frames) sind notwendig! 1.Flugzeugfestes System 2.Erdfestes System (geodätisches) (Beispiel: 90° nick, dann yaw) 14 / 30 Modellbildung und Simulation eines Quadrokopters – Christoph Peters

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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


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