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第四章 實證與評估

第二節 實驗結果

本節說明研究實驗結果與分析。由於本研究所建構的飛行控制專家系統主要 是為了提升定翼機降落的效率,因此本研究以自動降落的表現作為飛行控制專家 系統的評估,藉由評比飛行控制專家系統與 ArduPlane 的 AUTO 模式兩者於自動 降落的表現,驗證本研究提出的飛行控制專家系統的成效。本研究將自動降落的 過程分別以四項數據呈現,作為評量標準,此四項數據分別為:水平移動距離、

高度變化、水平移動速度以及垂直移動速度,以下逐項說明。

(1)水平移動距離

由於定翼機降落貼近地面時,會維持機身水平滑行於跑道上,直至動力歸零 方停止滑行,完成降落。本研究以進入降落模式的位置起做為量測的距離的原點,

圖 13 為 ArduPlane AUTO 模式與飛行控制專家系統於降落過程時所移動的水平 距離,ArduPlane AUTO 模式下的降落過程耗時約 37 秒,滑行距離約 510 公尺,

飛行控制專家系統控制下的降落過程耗時約 20 秒,滑行距離約 220 公尺。由此 可知飛行控制專家系統可在較短的時間內完成降落,且所需的滑行距離僅需 ArduPlane AUTO 模式降落控制下 2/5 的長度,於實地飛行將更不受飛場之場域 限制,大幅提升無人定翼機的應用。

圖 13 自動降落過程之水平移動距離

(2)高度變化

定翼機的降落過程首先是令機身前傾,向下降落至接近地面後再將機身拉抬 為水平,然後水平滑行直至動力歸零方止。為了不受場域限制,縮短降落跑道,

定翼機的降落過程宜快速降低高度,進入水平滑行,因此本研究提出的飛行控制 專家系統將降落的角度加大,以加速高度的降低並進入水平滑行。圖 14 為飛行 控制專家系統與 ArduPlane AUTO 模式控制下,自動降落過程隨時間推進的高度 變化,飛行控制專家系統約 5 秒即降落至貼近地面並進入水平滑行,過程總共費 時約 20 秒,ArduPlane AUTO 模式控制下的降落較為平緩,約歷時 30 秒方降落 至貼近地面並進入水平滑行,整體降落過程耗時較長約 37 秒。

圖 14 自動降落過程之高度變化

(3)水平移動速度

圖 13 為飛行控制專家系統與 ArduPlane AUTO 模式控制下,自動降落時隨 時間變化的水平移動速度。飛行控制專家系統於降落開始至 4.4 秒時,水平移動 速度提升,而後逐漸減速,直至 19.5 秒時速度歸零,完成降落程序。ArduPlane AUTO 模式下的自動降落過程中,水平移動速度緩慢遞減,直至約 37 秒時速度 方才歸零,結束降落程序。由兩者的表現可看出,飛行控制專家系統可在較短的 時間內減速至速度歸零,完成飛行降落。

圖 15 自動降落過程之水平移動速度變化

(4)垂直移動速度

圖 14 為自動降落過程中,飛行控制專家系統與 ArduPlane AUTO 模式控制 下分別的垂直移動速度變化,在本研究中設定垂直向下的速度方向為正值,速度 負值為飛行方向朝上。飛行控制專家系統的降落過程首先為加速朝下,維持約 4 秒的等速度後,於 4.5 秒時略微抬升,其後又略微下降再抬升,於 6 秒後垂直速 度幾乎趨近於零直至 19.4 秒,結束自動降落。ArduPlane AUTO 模式下的降落,

前 4.3 秒時為逐步減速朝下,4.3 秒至 8.5 秒時速度回升至每秒降落 1 公尺,之後 維持等速至 15.2 秒,再減速至每秒降落 0.4 公尺,其後維持等速至 31.2 秒時,

速度降至趨近於零,於 37 秒結束降落。整體而言,ArduPlane AUTO 模式下的降 落方式較為和緩,而飛行控制專家系統垂直降落的速度較快,能於較短的時間內 完成降落。

圖 16 自動降落過程之垂直速度變化

總結本研究提出的飛行控制專家系統實驗評估結果,完整降落過程耗時約 20 秒,由圖 14、圖 15、圖 16 可觀知,自動降落開始後 5 秒內,飛行控制專家 系統已使定翼機快速降低高度,並於貼近地面時略微提升機身以緩衝降落的慣性 而不至於墜毀,之後貼近地面持續滑行直至速度歸零,由圖 13 觀知整體所需降 落跑道長度約 220 公尺。相較 ArduPlane AUTO 模式下的自動降落需歷時約 37 秒,由圖 15、圖 16 可觀知,ArduPlane AUTO 模式的降落方式較為平緩,即水 平速度隨著時間經過所變化的幅度較小,垂直速度亦是小幅度的逐漸遞減,所以 ArduPlane AUTO 模式的自動降落較為耗時,所需降落跑道長度也較長,由圖 13 可知需 510 公尺。因此,透過水平移動距離、高度變化、水平速度變化與垂直速 度變化四項數據的評估,可驗證本研究提出的飛行控制專家系統於自動降落控制 是較為有效率的。

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