Управление квадрокоптером методом «гибких» кинематических траекторий

Авторы: Михалин Д.А.
Опубликовано в выпуске: #7(60)/2021
DOI: 10.18698/2541-8009-2021-7-718
Раздел: Информатика, вычислительная техника и управление | Рубрика: Системный анализ, управление и обработка информации, статистика
Ключевые слова: траекторное управление квадрокоптером, метод «гибких» кинематических траекторий, краевая задача, обратная задача динамики, кватернионы, математическое моделирование, квадрокоптер, механика полета
Опубликовано: 03.08.2021

Вопреки распространенному мнению о том, что повышение частоты обновления траектории в задачах управления положением центра масс летательных аппаратов приводит к повышению итоговой точности в условиях наличия возмущающих воздействий, для построения устойчивых систем управления необходимо понимать физические принципы полета, ограничивающих возможный диапазон этих частот. В данной работе показано, что для законов управления существует естественный верхний предел частоты обновления, превышение которого приводит к нарушению устойчивого движения. Представлен алгоритм управления квадрокоптером методом «гибких» кинематических траекторий, учитывающий действие возмущающих факторов. Показана работоспособность алгоритма при малых внешних воздействиях.

Литература

[1] Alvarez-Munoz J., Marchand N., Guerrero-Castellanos J.F., et al. Rotorcraft with a 3DOF rigid manipulator: quaternion-based modelling and real-time control tolerant to multi-body couplings. Int. J. Autom. Comput., 2018, vol. 15, no. 5 pp. 547–558. DOI: https://doi.org/10.1007/s11633-018-1145-8

[2] Kamel M., Verling S., Elkhatib O., et al. Voliro: an omnidirectional hexacopter with tiltable rotors. arXiv.org: веб-сайт. URL: https://arxiv.org/abs/1801.04581 (дата обращения: 04.04.2021).

[3] Ehang 216 autonomous aerial vehicle (AAV). aerospace-techonogy.com: веб-сайт. URL: https://www.aerospace-technology.com/projects/ehang-216-autonomous-aerial-vehicle (дата обращения: 31.05.2021).

[4] Бурдаков С.Ф. Марков А.О. Управление квадрокоптером при полетах с малыми и средними перегрузками. СПб., Изд-во Политех. ун-та, 2016.

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

[6] Велищанский М.А., Крищенко А.П. Задача терминального управления для системы второго порядка при наличии ограничений. Наука и образование: научное издание, 2015, № 8. URL: http://engineering-science.ru/doc/793667.html

[7] Li T., Zhang Y., Gordon B.W. Passive and active nonlinear fault tolerant control of a quadrotor unmanned aerial vehicle based on sliding mode control technique. J. Syst. Sci. Control. Eng., 2013, vol. 277, no. 1, pp. 12–13. DOI: https://doi.org/10.1177%2F0959651812455293

[8] Gong X., Bai Y., Peng C., et a. Trajectory tracking control of a quad-rotor UAV based on command filtered backstepping. ICICIP, 2012, pp. 179–184. DOI: https://doi.org/10.1109/ICICIP.2012.6391413

[9] Dierks T., Jagannathan S. Output feedback control of a quadrotor UAV using neural networks. IEEE Trans. Neural Netw., 2010, vol. 21, no. 1, pp. 50–66. DOI: https://doi.org/10.1109/TNN.2009.2034145

[10] Филимонов Н.Б., Филимонов А.Б. Методы «гибких» траекторий в задачах терминального управления вертикальными маневрами летательных аппаратов. В: Проблемы управления сложными динамическими объектами авиационной и космической техники. М., Машиностроение, 2015, с. 51–101.

[11] Никитин Д.А. Адаптивная система управления квадрокоптером на основе кватернионной модели вращений. УБС, 2017, № 69, с. 76–101.