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PID 제어를 이용한 드론의 호버링
Drone Hovering using PID Control 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.13 no.6, 2018년, pp.1269 - 1274  

오지완 (남서울대학교 전자공학과) ,  설재원 (남서울대학교 전자공학과) ,  공연희 (남서울대학교 전자공학과) ,  한승재 (남서울대학교 전자공학과) ,  이승대 (남서울대학교 전자공학과)

초록
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전 세계적으로 드론에 대한 관심이 급증하면서, 다양한 분야에서 드론 활용에 대한 연구가 진행되고 있다. 이에 본 논문에서는 드론의 호버링을 실현시킴으로써 드론의 기술기반을 확립한다. Arduino Uno를 주 제어장치로 사용하였으며, 3축 자세 및 방위각 센서로 부터 얻은 데이터를 필터를 거쳐 기울어진 정도를 파악한다. 이 기울어짐을 PID 제어를 통해 보정함으로써 안정적으로 수평자세제어가 가능한 드론을 구현한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, it covers technical aspect of drone by introducing the drone hovering. Arduino Uno and 3-axis attitude and azimuth sensor are the two main components of the drone. Arduino Uno is used as a main controller and 3-axis attitude and azimuth sensor are used to collect axial (X,Y,Z) data, w...

주제어

#쿼드콥터   #호버링   #비례-적분-미분 제어기   #펄스 위치 변조   #인코더  

표/그림 (9)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 드론의 기반기술을 확립하기 위해 호버링이 가능한 드론을 제작하고자 한다. 기체의 방향·기울기 값을 얻기 위해 자세 센서들이 통합되어있고 칼만 필터가 내장되어 있는 3축 자세 및 방위각 센서인 myAHRS+를 사용하며, 제어장치로는 Arduino Uno를 사용한다.
  • 본 논문은 3축 자세 및 방위각 센서와 PID 제어를 이용하여 드론의 호버링을 구현하는 연구이다. 드론의 안정화를 위하여 시스템을 블록단위로 설계하고 각블록별 회로를 구성하였다.
  • 기체의 방향·기울기 값을 얻기 위해 자세 센서들이 통합되어있고 칼만 필터가 내장되어 있는 3축 자세 및 방위각 센서인 myAHRS+를 사용하며, 제어장치로는 Arduino Uno를 사용한다. 추가로 코딩을 통해 PID 제어기를 구현하여 안정적인 호버링을 유지하는 것을 목표로 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
드론 산업은 제조·서비스 융합 모델로 주목받는 이유는? 드론의 하드웨어만으로는 그저 하늘을 나는 소형비행 기에 불과하지만 인터넷 통신, 환경보호 등의 서비스및 콘텐츠와 융합하면 앞으로도 더 많은 신규 비즈니스 모델 창출이 가능하다[1]. 이러한 고성능의 드론이 만들어지기 위해 가장 먼저 실현되어야 하는 것은 안정적인 자세 제어이다.
입력부에서 제어부로 신호 전달 시 발생하는 동기에러 해결을 위해 사용한 방법은? 드론의 안정화를 위하여 시스템을 블록단위로 설계하고 각블록별 회로를 구성하였다. 입력부에서 제어부로 신호 전달 시 발생하는 동기에러를 해결하는 방법으로 제어부에 PPM 인코더를 삽입하여 각 센서에서 발생하는 PWM 신호를 시간 천이하여 PPM 신호로 전환후 해결하였다. 또한, 본 논문에서 구현한 드론은 GPS를 사용하지 않아 정확한 위치에서 이상적인 호버링은 어려웠으나 PID 제어를 통해 외부적 요인으로 인한 드론의 기울기 변화 데이터를 추출하고 추출된 데이터로 4개 모터의 회전속도를 변화시켜 초기 드론을 세팅하였을 때에 자세를 계속 유지하는 것을 확인할 수 있었다.
호버링이란? 이러한 고성능의 드론이 만들어지기 위해 가장 먼저 실현되어야 하는 것은 안정적인 자세 제어이다. 이것을 호버링(hovering)이라고 하며, 외부에서 어떠한 영향을 주어도 비행체가 제자리에서 정지 비행하는 것을 뜻한다.
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참고문헌 (12)

  1. S. Chae and S. Hong, "The Opportunity and Risk Analysis of Commercial Drones," IITP(Institute for Information and Communications Technology Promotion), Jeju, Korea, June 2015, pp. 736-737. 

  2. J. Jo, "Communication Network Topology and Performance Evaluation of the Drone Delivery System for Collision Avoidance," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 10, no. 8, 2015, pp. 915-920. 

  3. S. Lee, B. Yun, D. Kim, and W. Lee, "Development of a Motor Speed Controller of Drones Considering Voltage Drop of Battery," J. of Korean Institute of Information Scientists and Engineers, vol. 44, no. 6, 2017, pp. 601-606. 

  4. S. Lee, B. Yun, D. Kim, and W. Lee, "Improvement of Altitude Measurement Algorithm Based on Accelerometer for Holding Drone's Altitude," J. of Korea Information Processing Society on Software and Data Engineering Korea Communication Agency, vol. 6, no. 10, 2017, pp. 473-478. 

  5. Y. Kim, J. Shin, S. Lee, H. Lee, H. Lim, K. Kim, and S. Lee, "Quad-rotor Attitude Stabilization by using PID Controller," J. of Aerospace System Engineering, vol. 4, no. 4, 2010, pp. 18-27. 

  6. N. Jung and S. Kim, "A Study on the Camera Gimbal System of Unmanned Flight Vehicle for VR360 Degree Omnidirectional Photographing," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 11, no. 8, 2016, pp. 767-772. 

  7. H. Kim, K. Park, J. Park, B. Min, and Y. Ko, "Automatic Brake system for Stroller using Gyro Sensor," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 12, no. 4, 2017, pp. 599-606. 

  8. S. Haykin, Introduction to Analog & Digital Communications 2nd edition. New York: Wiley, 2006. 

  9. B. Yun, D. Kim, S. Lee, and W. Lee, "A Technique for Stabilizing Drone Flight using Motor Speed Controller," J. of Korean Institute of Information Scientists and Engineers, vol. 2016, no. 12, 2016, pp. 407-409. 

  10. E. Noe, G. Kwon, M. Kim, W. Lee, and Y. Ko, "A Study on the Quadcopter-Making based on PID Control System," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 8, no. 1, 2014, pp. 41-44. 

  11. J. Jo, "Communication Network Topology and Performance Evaluation of the Drone Delivery System for Collision Avoidance," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 10, no. 8, 2015, pp. 915-920. 

  12. D. Yoon, K. Lee, S. Han, and S. Lee, "A Study on Flight Stabilization of Drones by Gyro Sensor and PID Control," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 12, no. 4, 2017, pp. 591-598. 

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