控制课程说明

控制课程说明第1页/共47页大綱壹、控制系統貳、一個實際例子：HVAV叁、BottomUpvs.TopDown課程設計肆、來自畢業校友的訊息零、大綱2/55第2页/共47页控制系統在學什麼???……..第3页/共47页NoFeedback,NoControlControllerPoweractuatorControlledPlantSensor第4页/共47页5/75回授控制系統設計流程PhysicalSystem(tobeControlled)Closed-LoopControlSystemRealizationModelingOpen-Loop&SimulationAnalysisClosed-LoopSystemSynthesisDesignSimulationClosed-LoopSpecification(Performance)第5页/共47页PC-BasedSIMULINKReal-TimeWorkShopRealTimeToolboxX-PC第6页/共47页DSP-BasedVisSIMECD2407第7页/共47页DSP+FPGA-BasedDSPFPGAA/DActuatorSensorD/A第8页/共47页SingleChipControllerDSCA/DActuatorD/ASensor第9页/共47页Single-ChipControllerFPGAPICPIC18F45208051DSCTMS320F2833510/12第10页/共47页一個實際的例子第11页/共47页HUAV：自主飛行無人直升機機載控制器設計第12页/共47页自主無人直昇機系統架構

(一)遙控直昇機系統貳、系統架構(3/32)13/55第13页/共47页(一)遙控直昇機系統-直昇機引擎：PRO-90H(R)/9609身全長：1410mm機身全寬：190mm機身全高：465mm主旋翼返轉面直徑：1580mm尾旋翼返轉面直徑：260mm齒輪比：8.45:1:4.65全備重量：4.8kg雷虎翼手龍90級遙控直昇機

貳、系統架構(4/32)

14/55第14页/共47页(一)遙控直昇機系統-伺服機組DS1213伺服機組扭距：10.8(kg/cm)速度：0.128(sec/60°)齒輪材質：金屬齒輪*4軸承樣式：滾珠軸承重量：62g外殼尺寸：41.2x20.0x38.4(mm)貳、系統架構(5/32)15/55第15页/共47页(一)遙控直昇機系統-遙控器FutabaT14MZ14CH遙控器

-發射器配備WindowsCE操作系統PCM2048系統WFSS頻率合成系統,無須震盪晶體-2200mAh鋰離子電池提供高達三小時的飛行時間貳、系統架構(6/32)

16/55第16页/共47页(一)遙控直昇機系統-接收機FutabaR5014DPS接收機接收頻率為40MHz調變方式為PCM(Pulse-Code

Modulation)G32048系統貳、系統架構(7/32)

17/55第17页/共47页自主無人直昇機系統架構

(二)自主飛行系統貳、系統架構(8/32)

18/55第18页/共47页(二)自主飛行系統-姿態感測器Eulerangles

:

±90°,，±180°，

±180°(Pitch，

Roll，

Yaw)

Gyros

:

±300°/sec

16bits

A/Dresolution

SerialRS-232，19.2/38.4/115.2kbaud，

softwareprogrammable

Supplycurrent

:

65mA

75gramswithenclosureMicroStrain3DM-GX1貳、系統架構(9/32)

19/55第19页/共47页階層式的軟體架構(1/2)

HierarchicalSoftwareSystem第20页/共47页階層式的軟體架構

(2/2)

HierarchicalSoftwareSystem第21页/共47页(二)自主飛行系統–DSP控制板DSP控制板-

TITMS320VC33-150浮點32位元

DSP-120MFLOPS(MillionFloating-Point

OperationsPerSecond)-60MIPS(MillionInstructionsPer

Second)-

2MBytesSRAM記憶體。-

1MBytesFlashROM記憶體。貳、系統架構(10/32)

22/55第22页/共47页DSP控制板硬體區塊圖(二)自主飛行系統–DSP控制板貳、系統架構(11/32)

23/55第23页/共47页(二)自主飛行系統–FPGA介面板FPGA介面板LatticeXPLFXP6C

FPGA晶片兩組串列通訊介面，具備硬體中斷功能。

6組16bitPWM編碼電路。6組16bitPWM解碼電路。具備I2C(Inter-IntegratedCircuit)介面。可通過位址匯流排(AddressBus)與資料匯流排(DataBus)與DSP做資料傳遞。貳、系統架構(15/32)

24/55第24页/共47页FPGA內部功能方塊(二)自主飛行系統–FPGA介面板貳、系統架構(17/32)

25/55第25页/共47页(二)自主飛行系統–周邊介面電路板-

3.3V電源穩壓。-

4通道10bitA/D轉換。-溫度感測功能。-兩組PWM電路緩衝器(Buffer)。-

RS232電壓準位轉換。周邊介面電路板貳、系統架構(21/32)

26/55第26页/共47页(二)自主飛行系統–周邊介面電路板周邊介面電路板硬體架構貳、系統架構(22/32)

27/55第27页/共47页自主無人直昇機系統架構

(三)手/自動切換板直昇機遙控系統自主飛行系統直昇機姿態切換信號貳、系統架構(30/32)28/55第28页/共47页(二)自主飛行系統–地面站主控軟體

(1/4)軟體主畫面貳、系統架構(26/32)

29/55第29页/共47页即時波形顯示畫面(二)自主飛行系統–地面站主控軟體(2/4)貳、系統架構(27/32)

30/55第30页/共47页Fuzzy參數修改介面(二)自主飛行系統–地面站主控軟體(3/4)貳、系統架構(28/32)

31/55第31页/共47页(三)手/自動切換板-

硬體架構貳、系統架構(31/32)

32/55第32页/共47页硬體電路與系統整合-

電路板整合無線模組DSP控制板FPGA介面板介面電路板肆、硬體整合(2/6)33/55第33页/共47页硬體電路與系統整合-

電路板盒裝電池組肆、硬體整合(3/6)34/55第34页/共47页

機載控制器組裝完成2.4G天線13.5cm10cm5cm肆、硬體整合(4/6)35/55第35页/共47页機載控制器-裝載於直昇機手/自動切換板遙控系統控制盒3DM-GX1肆、硬體整合(6/6)36/55第36页/共47页自主飛行無人直升機機載控制與影像處理器設計

(執行中)第37页/共47页BottomUpvs.TopDown課程設計概念第38页/共47页計算機概論、計算機程式與應用、數位邏輯、微積分、物理BottomUpvs.TopDown電子學、電磁學、電路學、微算機原理與應用、工程數學信號與系統、控制系統、電力電子、數位信號處理線性代數、C++語言及應用、機率與隨機程序……近代控制系統、數位控制、模糊控制、機器人學交直流驅動原理、微算機系統設計、計算機網路第39页/共47页來自畢業校友的訊息!第40页/共47页能以物理學、工程數學為工具解析信號及系統。

具備電路設計及儀器使用，執行實驗與解釋數據的能力。第41页/共47页熟悉低中高階程式語言、資料結構、並具備演算法與軟體設計的能力。

運用微處理器或嵌入式系統進行韌體與硬體設計與驗證的能力。

第42页/共47页能應用模擬分析軟體，檢驗、測試與評估系統性能，尋求較佳的可行方案。

具備協調、溝通、口頭報告並能獨立完成書面報告與計畫書寫的能力。

能理解專業倫理、重視智慧財產權及工程師的社會責任。第43页/共47页學生核心能力A.能以物理學、工程數學為工具解析信號及系統B.具備電路設計及儀器使用，執行實驗解釋數據的能力。C.具備低中高階程式語言、資料結構、演算法與軟體設計的能力。D.運用微處理器與嵌入式系統進行韌體與硬體設計與驗證能力。E.能應用模擬分析軟體，檢驗、測試與評估系統性能，尋求較佳可能方案。F.具備協調、溝通、口頭報告並能獨立完成書面報告與計畫書寫的能力。G.能理解專業倫理、重視智慧財產權，工程師的社會責任。第44页/共47页系教育目標傳授物理、化學、數學及計算機科學為主的基礎知識。傳授專業領域包括：電力系統與電力電子、自動化與控制、通訊與信號處理、計算機系統、積體電路與系統設計等相關知識。訓練軟韌硬體之模擬、分析、設計、驗證與測試的能力。傳授基礎學科及電機專業知識，培養應用知識、分析與解決問題能力訓練專業技能、培養自我學習與創新能力

重視團隊合作精神，加強協調溝通能力

透過學生實習教學，培養學生動手做，從實作中驗證專業理論並累積實務經驗。