محددات الأداء الزمني لوحدات التحكم في الطيران المعتمدة على أردوينو في تثبيت الطائرات بدون طيار: دراسة تحليلية تجريبية

الملخص

أدى الطلب المتزايد على أنظمة التوصيل باستخدام الطائرات المسيّرة إلى تسليط الضوء على الحاجة إلى منصات تحكم طيران منخفضة التكلفة وسهلة الاستخدام لأغراض النماذج الأولية والتعليمية. تقدم هذه الورقة البحثية دراسة تجريبية حول استخدام متحكم Arduino UNO الدقيق كوحدة تحكم طيران لطائرة مسيّرة رباعية المراوح مخصصة للتوصيل. تم بناء النموذج الأولي باستخدام هيكل طائرة S500، وأربعة محركات تيار مستمر بدون فرش A2212 بقوة 1000 كيلو فولت، ووحدات تحكم إلكترونية في السرعة (ESCs) بقدرة 30 أمبير، ووحدة قياس بالقصور الذاتي MPU6050، ونظام إرسال واستقبال FlySky FS-i6. تم تطوير برنامج تحكم كامل في بيئة تطوير Arduino المتكاملة (IDE)، حيث تم تطبيق مرشح تكميلي لتقدير الوضع وحلقة تحكم PID (تناسبي-تكاملي-تفاضلي) لتحقيق استقرار الطائرة. كشفت الاختبارات التجريبية عن قيود جوهرية لمنصة Arduino عند تطبيقها على التحكم في الطيران في الوقت الفعلي. أظهر معالج ATmega328P ذو 8 بتات، والذي يعمل بتردد 16 ميجاهرتز، زمن استجابة معالجة كبيرًا، حيث بلغ تذبذب حلقة التحكم المقاس ±225 ميكروثانية، وتأخير استجابة دواسة الوقود 40-60 مللي ثانية، وكلاهما غير كافٍ لدمج البيانات عالي التردد اللازم لطيران مستقر متعدد المراوح. وبينما أكدت اختبارات المكونات الفردية وظائف جميع الأنظمة الفرعية، أظهرت اختبارات الطيران المتكاملة تذبذبًا مفرطًا (3-5 هرتز، سعة ±15 درجة)، واستجابة ديناميكية ضعيفة، وعدم القدرة على الحفاظ على تحليق ثابت في ظل ظروف دواسة وقود متغيرة. تُظهر النتائج بشكل قاطع أنه على الرغم من أن Arduino UNO مناسب للتحقق الأولي من المكونات وإثبات المفهوم التعليمي، إلا أن قدرته المحدودة على المعالجة وافتقاره إلى إمكانيات دمج المستشعرات المتكاملة تجعله غير مناسب بشكل أساسي لتطبيقات تثبيت الطائرات بدون طيار العملية. تقدم هذه الورقة أدلة كمية على هذه القيود، وتؤسس أساسًا علميًا للانتقال إلى وحدات تحكم طيران متخصصة في أنظمة توصيل الطائرات بدون طيار.