Preview

Синтез стабилизирующего управления мультикоптером

https://doi.org/10.21122/2227-1031-2024-23-4-271-278

Аннотация

Статья посвящена задаче аналитического синтеза управления, стабилизирующего положение в пространстве беспилотного летательного аппарата (БЛА) мультироторного типа – мультикоптера. Проведен анализ БЛА  подобного класса, определены особенности, место и отличия различных конструктивных схем среди БЛА. Обоснован вид пространственной математической модели, описывающей поступательное и вращательное движение мультикоптера, в качестве которой рассматривается модель четырехвинтового БЛА – квадрокоптера, так как такие БЛА являются широко распространенными и обладают основными свойствами, которые присущи таким летательным  аппаратам. Произведен переход к линейной упрощенной модели движения БЛА путем линеаризации и обоснования основных допущений, сделанных при линеаризации математической модели. Задача определения стабилизирующего управления сводится к  классической форме аналитического синтеза управления, минимизирующего заданный интегральный функционал качества. Особенностью рассматриваемого функционала качества является обоснование нормировочных коэффициентов, позволяющих привести суммируемые подынтегральные переменные различной физической природы к безразмерному виду и учесть реальные ограничения, наложенные технологическими и конструктивными особенностями конкретного БЛА на его маневренные характеристики. В результате аналитического решения задачи получены выражения для оптимального управления, представляющего собой изменения во времени величин скоростей вращения противоположных винтов квадрокоптера, позволяющие стабилизировать положение БЛА в пространстве, компенсируя внешнее нежелательное воздействие на БЛА в виде порывов воздушного потока или других факторов. Проведенное компьютерное моделирование подтвердило работоспособность разработанной методики. Приведенные графические зависимости изменения во времени переменных, характеризующих управляющее воздействие и перемещение БЛА в пространстве, наглядно показывают вид переходных процессов, позволяют оценить маневренные возможности БЛА и сформулировать основные требования к его конструктивным элементам на этапе предварительного проектирования.

Об авторах

Пэнхао Гу
Белорусский национальный технический университет
Беларусь

Аспирант

г. Минск



А. А. Лобатый
Белорусский национальный технический университет
Беларусь

Доктор технических наук, профессор

Адрес для переписки:
Лобатый Александр Александрович –
Белорусский национальный технический университет,
просп. Независимости, 65/11,
220013, г. Минск, Республика Беларусь.
Тел.: +375 29 346-82-56
lobaty@bntu.by



Список литературы

1. Беспилотники в АПК: новые и самые необычные модели дронов [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://dzen.ru/a/Y-Uazw17UW3pX-Ye.

2. Красовский, А. А. Системы автоматического управления летательных аппаратов / А. А. Красовский, Ю. А. Вавилов, А. И. Сучков. М.: ВВИА имени Н. Е. Жуковского, 1986. 477 с.

3. Гу Пэнхао. Математическое моделирование движения летательных аппаратов мультироторного типа / А. А. Лобатый, Гу Пэнхао // Системный анализ и прикладная информатика. 2023. № 1. С. 10–15. https://doi.org/10.21122/2309-4923-2023-1-10-15.

4. Гурьянов, А. Е. Моделирование управления квадрокоптером / А. Е. Гурьянов // Инженерный вестник. 2014. № 8. С. 522–534.

5. Щекатуров, А. М. Методика моделирования динамики октокоптера / А.М. Щекатуров. М.: ДМК Пресс, 2021. 228 с.

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

7. Лобатый, А. А. Поэтапный аналитический синтез математической модели автопилота беспилотного летательного аппарата / А. А. Лобатый, А. Ю. Бумай, С. С. Прохорович // Системный анализ и прикладная информатика. 2021. № 1. С. 21–28.

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

10. 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. https://doi.org/10.35596/1729-7648-2019-126-8-50-57.

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

12. Гу Пэнхао. Форсированное управление квадрокоптером / Гу Пэнхао, Ю. А. Леоновец, А. А. Лобатый // Наука и техника. 2023. Т. 22, № 2. С. 91–95. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2023-22-2-91-95.

13. 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 имени Н. Э. Баумана, 2004. Т. 4: Теория оптимизации систем автоматического управления. 742 с.

14. Лобатый, А. А. Модальное управление беспилотным летательным аппаратом / А. А. Лобатый, А. А. Антаневич, Ю. Ф. Икуас // Вестник БНТУ. 2010. № 5. С. 37–40.

15. Брайсон, А. Прикладная теория оптимального управления / А. Брайсон, Хо Юши. М.: Мир, 1972. 544 с.


Рецензия

Для цитирования:


Гу П., Лобатый А.А. Синтез стабилизирующего управления мультикоптером. НАУКА и ТЕХНИКА. 2024;23(4):271-278. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2024-23-4-271-278

For citation:


Gu P., Lobaty A.A. Synthesis of Multicopter Stabilizing Control. Science & Technique. 2024;23(4):271-278. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/2227-1031-2024-23-4-271-278

Просмотров: 393


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2227-1031 (Print)
ISSN 2414-0392 (Online)