Reaaliaikakäyttöjärjestelmä multikopterin lennonohjaustietokoneessa
Paloniemi, Olli (2015)
Paloniemi, Olli
Tampereen ammattikorkeakoulu
2015
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201505239765
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201505239765
Tiivistelmä
Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli tarkastella multikopterin lennonohjaustietokoneelle tehdyn laiteohjelmiston suunnitteluun liittyviä asioita. Laiteohjelmiston pohjana toimi avoimen lähdekoodin FreeRTOS-reaaliaikakäyttöjärjestelmä. Laiteohjelmiston testaus tapahtui tarkoitusta varten rakennetussa lennonohjaustietokoneessa, joka asennettiin neliroottoriseen multikopteriin.
Työssä tutkittiin multikopterien ohjausmenetelmiä. Radio-ohjauselektroniikasta tuttua pulssinleveyden modulaatioon perustuvaa signaalia käytettiin yhdistämään lennonohjaustietokone multikopterin muihin komponentteihin. Lennonohjaustietokoneen antureita ja radiovastaanottimelta tulevaa ohjausta hyödynnettiin PID-säätimissä, joiden on tarkoitus vakauttaa multikopterin lento. Antureiden mittaustulokset yhdistettiin anturifuusiolla käyttäen Complementary-suodinta. Säätimiä ja anturifuusiota käytettiin eri ohjaustiloissa, jotka määrittävät sen, miten multikopterin lennonohjausjärjestelmä toimii. Lennonohjausjärjestelmän toiminnan reaaliaikaisuus todettiin mittaamalla käyttöjärjestelmän suoritus- ja vasteajat.
Opinnäytetyön avulla saatiin tietoa muun muassa säätötekniikasta, anturijärjestelmistä, anturifuusiosta, radio-ohjauksesta ja telemetriasta. Etenkin tietoa saatiin näiden kaikkien osa-alueiden soveltamisesta laiteohjelmistossa, jonka perustana on reaaliaikakäyttöjärjestelmä. Tämän opinnäytetyön tekemisessä syntyneitä ideoita on tarkoitus hyödyntää lennonohjausjärjestelmän jatkokehityksessä. Niistä voi olla hyötyä myös muun tyyppisten sulautettujen järjestelmien ja näiden laiteohjelmistojen kehityksessä, jotka ovat riippuvaisia samoista teknologioista.
Työssä tutkittiin multikopterien ohjausmenetelmiä. Radio-ohjauselektroniikasta tuttua pulssinleveyden modulaatioon perustuvaa signaalia käytettiin yhdistämään lennonohjaustietokone multikopterin muihin komponentteihin. Lennonohjaustietokoneen antureita ja radiovastaanottimelta tulevaa ohjausta hyödynnettiin PID-säätimissä, joiden on tarkoitus vakauttaa multikopterin lento. Antureiden mittaustulokset yhdistettiin anturifuusiolla käyttäen Complementary-suodinta. Säätimiä ja anturifuusiota käytettiin eri ohjaustiloissa, jotka määrittävät sen, miten multikopterin lennonohjausjärjestelmä toimii. Lennonohjausjärjestelmän toiminnan reaaliaikaisuus todettiin mittaamalla käyttöjärjestelmän suoritus- ja vasteajat.
Opinnäytetyön avulla saatiin tietoa muun muassa säätötekniikasta, anturijärjestelmistä, anturifuusiosta, radio-ohjauksesta ja telemetriasta. Etenkin tietoa saatiin näiden kaikkien osa-alueiden soveltamisesta laiteohjelmistossa, jonka perustana on reaaliaikakäyttöjärjestelmä. Tämän opinnäytetyön tekemisessä syntyneitä ideoita on tarkoitus hyödyntää lennonohjausjärjestelmän jatkokehityksessä. Niistä voi olla hyötyä myös muun tyyppisten sulautettujen järjestelmien ja näiden laiteohjelmistojen kehityksessä, jotka ovat riippuvaisia samoista teknologioista.