Отслеживание программного изменения углового положения квадрокоптера

Одними из наиболее известных методов нелинейной стабилизации являются линеаризация обратной связью и обход интегратора. Метод обхода интегратора позволяет эффективно решать задачи стабилизации при наличии неопределенностей в системе. Однако, при синтезе обратной связи с использованием обхода интегратора остается актуальным вопрос, как обеспечить требуемое качество переходных процессов в замкнутой системе. В настоящей работе приведено решение данной задачи на примере отслеживания заданного (программного) изменения углового положения квадрокоптера.

Полученные в настоящей работе алгоритмы управления реализованы с помощью пакета инструментов Rolling Spider MATLAB Toolbox (ROSMAT) на квадрокоптере Parrot Rolling Spider. Численное моделирование и эксперименты показали работоспособность полученных законов управления, причем переходные процессы учитывают желаемые показатели качества. Однако, отсутствие в математической модели слагаемых, описывающих аэродинамические эффекты, привело в результате экспериментов к неустойчивости полета квадрокоптера около препятствия (воздействие отраженного потока воздуха).

Дальнейшие исследования могут быть связаны с решением рассмотренной в работе задачи управления с использованием математической модели движения квадрокоптера, учитывающей различные аэродинамические эффекты.

Возможной областью применения полученных в работе результатов является решение задач автоматического управления беспилотными летательными аппаратами.

квадрокоптер, стабилизация, метод линеаризации обратной связью, метод обхода интегратора, моделирование, управление

1. Zulu A., John S. A review of control algorithms for autonomous quadrotors // Open J. of Applied Sciences. 2014. Vol. 4, no. 14. Pp. 547-556. DOI: 10.4236/ojapps.2014.414053

2. Bouabdallah S. Design and control of quadrotors with application to autonomous flying: Doct. diss. ... Lausanne: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, 2007. 127 p.

3. Luukkonen T. Modelling and control of quadcopter. Espoo: School of Science, 2011. 23 p. Режим доступа: http://sal.aalto.fi/publications/pdf-files/eluu11_public.pdf (дата обращения 12.06.2017).

4. Naidoo Y., Stopforth R., Bright G. Quad-rotor unmanned aerial vehicle helicopter modelling and control // Intern. J. of Advanced Robotic Systems. 2011. Vol. 8. No. 4. Pp. 139-149. DOI: 10.5772/45710

5. Santos O., Romero H., Salazar S., Lozano R. Real-time stabilization of a quad-rotor UAV: Nonlinear optimal and suboptimal control // J. of Intelligent & Robotic Systems. 2013. Vol. 70. No. 1-4. Pp. 79-91. DOI: 10.1007/s10846-012-9711-8

6. Ющенко А.С., Лебедев К.Р., Забихафар Х. Система управления квадрокоптером на основе адаптивной нейронной сети // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2017. № 7. С. 262-277. DOI: 10.7463/0717.0001282

7. Белинская Ю.С., Четвериков В.Н. Управление четырехвинтовым вертолетом // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 5. С. 157-171. DOI: 10.7463/0512.0397373

8. Белявский А.О., Томашевич С.И. Синтез адаптивной системы управления квадрокоптером методом пассификации // Управление большими системами. 2016. № 63. С. 155-181.

9. Канатников А.Н., Акопян К.Р. Управление плоским движением квадрокоптера // Математика и математическое моделирование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 2. С. 23-36. DOI: 10.7463/mathm.0215.0789477

10. Гэн К., Чулин Н.А. Алгоритмы стабилизации для автоматического управления траекторным движением квадрокоптера // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 5. С. 218-235. DOI: 10.7463/0515.0771076

11. Крищенко А.П. Стабилизация программных движений нелинейных систем // Известия АН СССР. Техническая кибернетика. 1985. № 6. С. 108-112.

12. Krstic M., Kanellakopoulos I., Kokotovic P. Nonlinear and adaptive control design. N.Y.: Wiley, 1995. 563 p.

13. Chovancova A., Fico T., Chovanec L., Hubinsky P. Mathematical modelling and parameter identification of quadrotor (a survey) // Procedia Engineering. 2014. Vol. 96. Pp. 172-181. DOI:10.1016/j.proeng.2014.12.139

14. Канатников А.Н. Моделирование процессов управления вращением твердых тел // Нелинейная динамика и управление: сб. ст. М.: Физматлит, 2010. Вып. 7. С. 335-348.

15. Гурьянов А.Е. Моделирование управления квадрокоптером // Инженерный вестник. МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. № 8. С. 522-534. Режим доступа: http://engbul.bmstu.ru/doc/723331.html (дата обращения 12.06.2017).

16. Мирошник И.В. Теория автоматического управления. Линейные системы: учеб. пособие. М.; СПб.: Питер, 2005. 333 c.

17. Rolling Spider software package / RollingSpiderEdu MIT_MatlabToolbox. Режим доступа: https://github.com/Parrot-Developers/RollingSpiderEdu (дата обращения 12.06.2017).