Форсированное управление квадрокоптером

Решается задача аналитического синтеза управляющего ускорения беспилотного летательного аппарата (БЛА) мультироторного типа применительно к легкому квадрокоптеру с высокой продолжительностью полета. Аналитически определяется оптимальное управление при заданном минимизируемом функционале качества в виде минимального времени, необходимого для перевода БЛА из заданного начального в заданное конечное положение в пространстве. Рассматривается математическая модель движения центра масс БЛА в заданной плоскости относительно земной поверхности. Особенностью предлагаемой методики является решение задачи максимального быстродействия (форсированного управления) на основе рассмотрения законов кинематики равноускоренного движения твердого тела. При заданных характеристиках максимально допустимых значений скорости и управляющего ускорения БЛА аналитически вычисляются моменты переключения управляющего сигнала, которые могут быть реализованы в автопилоте БЛА. Это позволяет в отличие от классических методов решения задачи форсированного управления избавиться от необходимости решения двухточечной краевой задачи и рассмотрения дополнительных условий трансверсальности. Проведенное компьютерное моделирование полученных аналитически результатов в виде процессов изменения управляющего ускорения, а также параметров движения БЛА показало работоспособность предлагаемой методики и перспективность ее использования на первоначальном этапе синтеза системы управления БЛА.

1. Гурьянов, А. Е. Моделирование управления квадрокоптером [Электронный ресурс] / А. Е. Гурьянов // Инженерный вестник. 2014. № 8. Режим доступа: http:// www.ainjournal.ru/doc/723331.html.

2. Моисеев, В. С. Прикладная теория управления беспилотными летательными аппаратами / В. С. Моисеев. Казань: ГБУ РЦМКО, 2013. 768 с.

3. Беспилотный авиационный комплекс A10-X1 [Электронный ресурс] // Авиационные технологии и комплексы. Режим доступа: https://aerotexsys.by/produktsiya/bespilotnye-aviatsionnye-kompleksy/multirotornogo-tipa/bespilotnyy-aviatsionnyy-kompleks-a10-x1.html.

4. Справочник по теории автоматического управления / под ред. А. А. Красовского. М.: Наука, 1987. 712 с.

5. Лобатый, А. А. Аналитический синтез управления беспилотным летательным аппаратом / А. А. Лобатый, А. А. Антаневич, Ю. Ф. Икуас // Сборник статей Военной академии Республики Беларусь. 2009. № 17. С. 62–66.

6. Лобатый, А. А. Интервально-оптимальное программное управление летательным аппаратом / А. А. Лобатый, М. А. Аль-Машхадани // Вестник БНТУ. 2014. № 1. С. 25–29.

7. Лобатый А. А. Формирование оптимальных параметров траектории пролета беспилотного летательного аппарата через заданные точки пространства / А. А. Лобатый, А. Ю. Бумай, Ду Цзюнь // Доклады БГУИР. 2019. № 7–8. С. 50–57. http://doi.org/10.35596/1729-7648-2019-126-8-50-57.

8. Лобатый, А. А. Аналитический синтез управляющего ускорения беспилотного летательного аппарата / А. А. Лобатый, А. Ю. Бумай, С. С. Прохорович // Наука и техника. 2021. Т. 20, № 4. С. 338–344. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2021-20-4-338-344.

9. Сейдж, Э. П. Оптимальное управление системами / Э. П. Сейдж, Ч. С. Уайт. М.: Радио и связь, 1982. 392 с.

10. Методы классической и современной теории автоматического управления: учеб.: в 5 т. / под ред. К. А. Пупкова, Н. Д. Егупова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. Т. 4: Теория оптимизации систем автоматического управления. 744 с.

11. Ким, Т. Ю. Форсированное управление движением мобильного робота / Т. Ю. Ким, Г. А. Прокопович, А. А. Лобатый // Информатика. 2022. Т. 19, № 3 С. 86–100. https://doi.org/10.37661/1816-0301-2022-19-3-86-100.

12. Дмитриевский, А. А. Внешняя баллистика / А. А. Дмитриевский, Л. Н. Лысенко. М.: Машиностроение, 2005. 608 с.