Квадрокоптер: динамика и управление

Авторы: Лысухо Г.В., Масленников А.Л.
Опубликовано в выпуске: #5(46)/2020
DOI: 10.18698/2541-8009-2020-5-604
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат (БПЛА), многороторный летательный аппарат, квадрокоптер, математическая модель, управление, динамика двигателей, механика полета, двигатель
Опубликовано: 08.05.2020

Развитие многороторных беспилотных летательных аппаратов в общем и квадрокоптеров в частности позволяет использовать последние в различных сферах деятельности человека, а не только для эффектной фото- и видеосъемки. При решении более серьезных задач (например, при слежении за подвижной целью или полете по заданной траектории) к системе управления квадрокоптером предъявляются достаточно высокие требования по качеству и быстродействию. Для разработки системы управления необходимо четко понимать, как функционирует квадрокоптер, как осуществляется управление данным объектом, а для непосредственной отработки алгоритмов управления необходимо наличие наиболее адекватной математической модели. В данной статье описан принцип полета и управления квадрокоптером, построена полная нелинейная математическая модель квадрокоптера с учетом динамики двигателей.

Литература

[1] Цокурова И.Г., Денисов А.Н., Самойленко С.А. и др. Применение беспилотных летательных аппаратов типа квадрокоптер “DJI INSPIRE 1V 2.0” при поиске людей на местности. Наука, техника и образование, 2018, № 11, с. 43–46.

[2] Зверев А.П., Гомонай М.В. Использование беспилотных воздушных средств – один из способов поиска людей в лесу. Сб. мат. XIII Межд. науч.-практ. конф., посвященной Году культуры безопасности, 2018, с. 366–368.

[3] Ламков И.М., Чермошенцев А.Ю., Арбузов С.А. и др. Исследование возможностей применения квадрокоптера для съемки береговой линии обводненного карьера с целью государственного кадастрового учета. Вестник СГУГиТ, 2016, № 4, с. 200–209.

[4] Черкасов Р.А., Ильина Т.А. Возможности использования квадрокоптеров для транспортировки грузов в логистике. Вестник Дмитровградского инженерно-технологического института, 2019, № 1, с. 100–107.

[5] Минин И.В. Противопожарный мониторинг объектов нефтехимической промышленности малыми автономными беспилотными летательными аппаратами. Фундаментальные исследования, 2015, № 10-3, с. 503–506.

[6] Биард Р., МакЛэйн Т. Малые беспилотные летательные аппараты: теория и практика. М., Техносфера, 2015.

[7] Красовский А.Н., Суслова О.А. О математической модели управляемого движения дрона-квадрокоптера. Аграрный вестник Урала, 2016, № 4, с. 55–59.

[8] Шилов К.Е. Разработка системы автоматического управления беспилотным летательным аппаратом мультироторного типа. Труды московского физико-технического института, 2014, № 4, с. 139–152.

[9] Канатников А.Н. Управление плоским движением квадрокоптера. Математика и математическое моделирование, 2015, № 2, с. 23–36.

[10] Гэн К.К., Чулин Н.А. Алгоритмы стабилизации для автоматического управления траекторным движением квадрокоптера. Наука и образование: научное издание, 2015, № 5, с. 218–235. URL: http://engineering-science.ru/doc/771076.html

[11] Karpunin A.A., Titkov I.P. Evaluation of the influence of cross-connections accounting in the simplified mathematical model of the quadrotor motion in three-dimensional space. Procedia Comput. Sci., 2019, vol. 150, pp. 663–670. DOI: https://doi.org/10.1016/j.procs.2019.02.040

[12] Erman B.J. A review of quadrotor: an underactuated mechanical system. Annu. Rev. Control, 2018, vol. 46, pp. 165–178. DOI: https://doi.org/10.1016/j.arcontrol.2018.10.009

[13] Самый быстрый квадрокоптер в мире: мировой рекорд скорости. popmech.ru: веб-сайт. URL: https://www.popmech.ru/technologies/news-377042-samyy-bystryy-kvadrokopter-v-mire-mirovoy-rekord-skorosti/ (дата обращения: 02.03.2020).

[14] Солодовников В.В., ред. Устройства и элементы систем автоматического регулирования. Техническая кибернетика. Кн. 3. Исполнительные устройства и сервомеханизмы. М., Машиностроение, 1976.