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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 임영도
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 동아대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수8
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Fuzzy 제어기를 이용한 쿼드콥터의 자세제어 RTOS시스템 구현
The Implementation of Quadcopter Attitude Control System
using Fuzzy Controller
전자공학과 허 재 영
지도교수 임 영 도
쿼드콥터란 ROLL, PITCH, YAW의 3축 제어요소를 가지고 있는 4개의 프롭과 구동모터, CPU 등으로 구성된 수직이착륙기체를 의미한다. 프롭의 수와 비행방식에 따라 헬리콥터부터 트라이콥터, 쿼드콥터, 헥사콥터 등 다양한 종류의 콥터가 있다. 그 중 본 논문에서 쿼드콥터를 선택하여 연구한 이유는 주변에서 많이 접할 수 있으며 구동방식과 제어방식을 다양한 방법으로 접근이 가능하여 그 결과를 비교적 쉽게 관찰할 수 있기 때문이다.
쿼드콥터는 작고 간단한 구조와 안정된 자세유지가 가능하여 구조분야, 감시분야, 촬영분야 등 많은 응용분야에서 사용되어지고 있다. 특히 국내보다는 미국, 유럽 등 해외의 군경 및 소방 활동에 활발히 투입되고 있어 쿼드콥터의 발전 방향을 예상할 수 있다. 이미 국내에서도 레져·스포츠 및 항공촬영에 사용되어 지고 있는 것을 종종 볼 수 있다. 하지만 사용자 환경의 특성상 국내의 쿼드콥터 발전 수준은 초기단계이며 소수의 매니아층 만이 개발에 참여하고 있어 발전 속도 또한 더디다. 이에 쿼드콥터라는 매개체를 가지고 다양한 제어방식을 접목함으로써 쿼드콥터 뿐만 아니라 제어기가 필요한 대부분의 제어시스템이 앞으로 어떻게 응용해 나가야 할지 제시한다.
기존의 쿼드콥터는 단순히 자이로센서에서 ROLL, PITCH, YAW 3축의 데이터를 받아 PID 제어기를 이용하여 수평을 유지하거나 사용자가 원하는 방향으로 이동하였다. 일반적인 상황에서 이러한 간단한 제어방식은 충분한 제어성능을 발휘하지만 외란 등 방해요소가 많은 극한의 상황에서는 제어성능이 현저히 떨어진다. 그리하여 본 논문에서는 실시간OS(Real Time Operating System)을 채택하여 연산자원의 효율성을 높였고, PID 제어기 대신 퍼지 제어기를 적용하여 다양한 외란으로부터 제어성능을 획기적으로 향상 시켰다. 또한 자이로센서 혹은 가속도센서만으로 구성된 단일센서를 자이로센서와 가속도센서를 병합하여 자세추정의 오류를 최소화하였고, 칼만 필터를 이용해 이를 더욱 보완하였다.
주요어: 쿼드콥터, Fuzzy 제어기, PID 제어기, ATmega128, RTOS, 자이로 센서, 가속도 센서, 자세 추정, 센서병합, 칼만필터
The Implementation of Quadcopter Attitude Control System
using Fuzzy Controller
전자공학과 허 재 영
지도교수 임 영 도
쿼드콥터란 ROLL, PITCH, YAW의 3축 제어요소를 가지고 있는 4개의 프롭과 구동모터, CPU 등으로 구성된 수직이착륙기체를 의미한다. 프롭의 수와 비행방식에 따라 헬리콥터부터 트라이콥터, 쿼드콥터, 헥사콥터 등 다양한 종류의 콥터가 있다. 그 중 본 논문에서 쿼드콥터를 선택하여 연구한 이유는 주변에서 많이 접할 수 있으며 구동방식과 제어방식을 다양한 방법으로 접근이 가능하여 그 결과를 비교적 쉽게 관찰할 수 있기 때문이다.
쿼드콥터는 작고 간단한 구조와 안정된 자세유지가 가능하여 구조분야, 감시분야, 촬영분야 등 많은 응용분야에서 사용되어지고 있다. 특히 국내보다는 미국, 유럽 등 해외의 군경 및 소방 활동에 활발히 투입되고 있어 쿼드콥터의 발전 방향을 예상할 수 있다. 이미 국내에서도 레져·스포츠 및 항공촬영에 사용되어 지고 있는 것을 종종 볼 수 있다. 하지만 사용자 환경의 특성상 국내의 쿼드콥터 발전 수준은 초기단계이며 소수의 매니아층 만이 개발에 참여하고 있어 발전 속도 또한 더디다. 이에 쿼드콥터라는 매개체를 가지고 다양한 제어방식을 접목함으로써 쿼드콥터 뿐만 아니라 제어기가 필요한 대부분의 제어시스템이 앞으로 어떻게 응용해 나가야 할지 제시한다.
기존의 쿼드콥터는 단순히 자이로센서에서 ROLL, PITCH, YAW 3축의 데이터를 받아 PID 제어기를 이용하여 수평을 유지하거나 사용자가 원하는 방향으로 이동하였다. 일반적인 상황에서 이러한 간단한 제어방식은 충분한 제어성능을 발휘하지만 외란 등 방해요소가 많은 극한의 상황에서는 제어성능이 현저히 떨어진다. 그리하여 본 논문에서는 실시간OS(Real Time Operating System)을 채택하여 연산자원의 효율성을 높였고, PID 제어기 대신 퍼지 제어기를 적용하여 다양한 외란으로부터 제어성능을 획기적으로 향상 시켰다. 또한 자이로센서 혹은 가속도센서만으로 구성된 단일센서를 자이로센서와 가속도센서를 병합하여 자세추정의 오류를 최소화하였고, 칼만 필터를 이용해 이를 더욱 보완하였다.
주요어: 쿼드콥터, Fuzzy 제어기, PID 제어기, ATmega128, RTOS, 자이로 센서, 가속도 센서, 자세 추정, 센서병합, 칼만필터
목차
Ⅰ. 서 론 1Ⅱ. 쿼드콥터1. 수직이착륙기 32. 쿼드콥터의 원리 및 구조 10Ⅲ. 본론1. Real Time Operating System (RTOS) 142. 센서병합 213. 칼만필터 274. PID 제어기 315. 퍼지 제어기 13Ⅳ. 실험 및 고찰1. 센서 측정 결과 392. 칼만 필터를 이용한 실험 결과 423. 퍼지 제어기를 통한 실험 결과 44Ⅴ. 결 론 47참고 문헌 48Abstract 49감사의 글 50
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