본 연구에서는 산업용 무인 헬리콥터의 자율비행을 위한 일환으로 퍼지 제어기를 이용하여 고도제어를 하였다. 본 논문에서는 가솔린 엔진을 사용하는 전장 3m급의 무인 헬리콥터를 설계하고 이의 재원을 이용하여 Takagi-Sugeno-Kang 형의 퍼지 제어기법으로 고도 제어기를 구성하였다. 목표 고도값과 고도의 오차, 그리고 속도를 이용하여 입력 선형 맴버쉽 함수를 생성하였다. 이렇게 구성된 멤버쉽 함수를 이용 제어입력을 생성하였고, 생성된 제어입력을 이용하여 메인 로터의 피지를 제어하고 그 결과를 이용하여 속도와 고도를 구하였다. 시뮬레이션을 통하여 설계한 퍼지제어기의 고도제어 성능을 평가하였다.
Unmanned helicopter has several abilities such as vertical take off, hovering, low speed flight at a specific altitude. Such vehicles are becoming popular in actual applications such as search and rescue, aerial reconnaissance and surveillance in the case of a large size disaster and forest fire. In this paper, a flight control system was designed for an unmanned helicopter. This paper was concentrated on describing the systematic design, electronic equipments and their interconnections for realizing the autonomous flight and aerial monitoring. A study on the autonomous waypoint navigation and altitude control performance were performed and tested on a test unmanned helicopter and the performance and the feasibility were represented.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제2권2호
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pp.156-164
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2004
The unmanned tandem helicopter, which is a MIMO nonlinear system with complexity and inherent instability, exists in unstable zero dynamics. In this paper, approximate linearization is presented to design the controller for output tracking of an unmanned tandem helicopter based on the dynamic augment method, and the simulation results are encouraging.
In this paper, a precision landing approach is implemented based on real-time image processing. A full-scale landmark for automatic landing is used. canny edge detection method is applied to identify the outside quadrilateral while circular hough transform is used for the recognition of inside circle. Position information on the ground landmark is uplinked to the unmanned helicopter via ground control computer in real time so that the unmanned helicopter control the air vehicle for accurate landing approach. Ground test and a couple of flight tests for autonomous landing approach show that the image processing and automatic landing operation system have good performance for the landing approach phase at the altitude of $20m{\sim}1m$ above ground level.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제5권4호
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pp.243-248
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2005
The UAV (Unmanned Aerial Vehicle) systems like unmanned autonomous helicopters are used in various missions of flight navigation and used to collect the environmental information of the surroundings. To realize the full functionalities of the UAV, the software part becomes a challenging problem. In this paper embedded real-time software architecture for unmanned autonomous helicopter is proposed that guarantee real-time performance of hard-real time tasks and re-configurability of soft-real time and non-real time tasks. The proposed software architecture has four layers: hardware, execution, service agent and remote user interface layer according to the reactiveness level for external events. In addition, the layered separation of concurrent tasks makes different kinds of mission reconfiguration possible in the system. An Unmanned autonomous helicopter system was implemented (Kyosho RC Helicopter) in our lab to test and evaluate the performance of the proposed system.
Present chemical application method using a power sprayer has been labor intensive, costly and ineffective. Therefore, a small agricultural unmanned helicopter was suggested to replace the conventional spray system. In this study, conceptual design for developing the helicopter and a consequential prototype were reported. The overall conceptual design was initiated by deciding the type of agricultural helicopter, as the single rotor helicopter with a tail system. As the first step of the designing, an air-cooled, 2-stroke engine was selected and a prototype transmission was designed by determining the rotating speed of main rotor shaft. A 'pusher' type tail rotor system was adapted to balance the reaction torque and reduce the power use. The tail boom length was designed to avoid the rotating trajectory of the main rotor. The RF console consisted of the engine control, attitude control, and emergency control modules. Assembling the prototype concluded the mechanical development of the agricultural helicopter.
Aerial application using an agricultural unmanned helicopter was suggested for an alternative against current pesticide application methods. Centrifugal clutches play important roles in the performance and safety of the helicopter operation. A previous study analyzed and verified the power transfer theory of the guide type centrifugal clutch. Based on the clutch theory, optimal designs of the clutch became possible and feasible using a simulation method. Design criteria of the clutch were the power transfer capacity of 24.66 kW(33.5 PS) at the rated engine speed and the engaging range speed of 3,000${\sim}$3,500 rpm. Various designs were accomplished using the simulation. An optimal clutch was simulated by determining the values of spring constant and mass of friction sector, which were 94,700 N/m and 123.7 g, respectively. The design performed the power capacity of 24.86 kW(33.8 PS) and engagement speed of 3,069 rpm, meeting the design criteria. Using the designed clutch, an efficient transfer of the power would be possible for the unmanned agricultural helicopter.
An agricultural unmanned helicopter was suggested for an alternative to current pesticide application methods to solve such problems as high cost, low efficiency, shirking task and unsafe work. To pursuit this trend, researches on the development of unmanned helicopters have been accelerated in Korea as well. In this research, a guide type centrifugal clutch that plays an important role in the unmanned helicopter was studied. Theoretical analyses and experimental tests were conducted for designing an optimal clutches. Main design factors of the guide type centrifugal clutch were found to be spring constant, free length of spring, mass of friction sector, contact area, allowable pressure, number of friction sector, friction coefficient, radius of drum, and clutch arrangement. And these design factors could be the functions of engaging engine speed and desired power transfer capacity. The result of the single clutch test showed the power transfer capacity of 14.1 PS at 5,800 rpm and the result of the dual clutch test showed that the capacity of 17.7 PS at 5,600 rpm. These experimental results agreed well the theoretical simulations.
The aerial application using an unmanned helicopter has been already utilized and an attitude controller would be developed to enhance the operational convenience and safety of the operator. For a preliminary study of designing flight controller, a state space model for an RC helicopter would be identified. Frequency sweep flight tests were performed and time history data were acquired in the previous study. In this study, frequency response of the flight test data of a small unmanned helicopter was analyzed by using the CIFER software. The time history flight data consisted of three replications each for collective pitch, aileron, elevator and rudder sweep inputs. A total of 36 frequency responses were obtained for the four control stick inputs and nine outputs including linear velocities and accelerations and angular velocities in 3-axis. The results showed coherence values higher than 0.6 for every primary control inputs and corresponding on-axis outputs for the frequency range from 0.07 to 4 Hz. Also the analysis of conditioned frequency response showed its effectiveness in evaluating cross coupling effects. Based on the results, the dynamic characteristics of the model helicopter can further be analyzed in terms of transfer functions and the undamped natural frequency and damping ratio of each critical mode.
Aerial application using an unmanned agricultural helicopter can reduce labor and pollution. The development of an agricultural helicopter became urgent for both precise and timely spraying. In this study, a rotor system for unmanned helicopter capable of 20 $kg_f$ payload, was developed and lift capability was evaluated. A lift force over the dead weight of the helicopter was obtained at the pitch angle of $6^{\circ}$. As the pitch angle increased to $8^{\circ}\;and\;10^{\circ}$, the total lift increased to $74{\sim}81\;kg_f\;and\;86{\sim}93\;kg_f$, respectively. A range of engine speed at the rated flight condition, lifting mean payload of 23 $kg_f$ was determined. The data acquired from this study will be used for designing tail system and RF console in the next stage of the research. The rated lift capability was enough for loading 20 liters of spray material including spraying equipments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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