Der Technologiefortschritt in der Miniaturisierung und der Erhöhung von Leistungs- sowie Energiedichten vieler elektromechanischer Komponenten ermöglicht aktuell die Entwicklung und den Aufbau automatisierter Kleinstflugzeuge. Diese sog. Micro/Mini Aerial Vehicles (MikroAV IMAV) gehören zu einer Klasse von unbemannten Flugrobotern, welche zukünftig u.a: die selbständige Durchführung rettungsunterstützender Maßnahmen sowie von Observations-, Überwachungs- oder Kuriermissionen auch in Innenräumen ermöglichen wird. Die Miniaturisierung vieler Bauteile sowie eine hohe Systemdynamik der Kleinstflugzeuge bergen jedoch einige Nachteile, die besonders das Flugregelungssystem beeinflußen. Zudem sind die Bewegungsdifferentialgleichungen stark nichtlinear, für die es keine allgemeingültigen Regelungsverfahren gibt. Motivation der vorliegenden Dissertation sind daher Probleme bei der Lageregelung und Flugführung von 4-Rotor Kleinsthelikoptern in Innenräumen. Diese Arbeit beinhaltet u.a. die Konzeption und den Aufbau einer Helikopter-Experimentalplattform für Innenraumanwendungen. Es werden wesentliche flugphysikalische Einflussgrößen diskutiert. Erkenntnisse aus dieser Diskussion ermöglichen die Entwicklung eines mathematischen Modells für 4-Rotor-Kleinsthelikopter, mit dessen Hilfe robuste, Ljapunov-basierte, nichtlineare Lageregelungs- sowie Höhenregelungssysteme entworfen werden. Die Validierung des mathematischen Modells und des Regelungssystems erfolgt in Simulation und Experiment. Ferner wird ein komplementär gekoppeltes Lagesensorsystem für Innenraum-Anwendungen auf Basis von mikromechanischen Inertialsensoren und eines landmarkenbasierten Kamerasystems entwickelt. Schließlich wird ein universell einsetzbares, verhaltensbasiertes Navigationssystem für autonome Indoor-Kleinstflugzeuge entworfen und anhand eines Kleinstzeppelins validiert.
Development of an indoor attitude control and indoor navigation system for 4-rotors-micro-helicopters
2007
155 Seiten, Bilder, Tabellen, 138 Quellen
Hochschulschrift
Englisch
Miniaturisierung , Leistungsdichte , Energiedichte , elektromechanisches Bauelement , automatisches System , Flugzeug , unbemanntes Gerät , mobiler Roboter , Rettungswesen , Überwachungstechnik , Kurierdienst , Innenraum , Systemeigenschaft , Flugregelung , Bewegungsgleichung , Lageregelung , Hubschrauber , mathematisches Modell , Ljapunov-Methode , Positionssensor , Mikromechanik , Kamera , Navigationssystem , Luftschiff
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