Система траекторного управления движением гексакоптера

Исследована система автоматического управления перемещениями беспилотного летательного аппарата (гексакоптера) в процессе мониторинга наружной поверхности воздушного судна на его стоянке. Для разработанной ранее подробной математической модели полета гексакоптера предложены структура и законы управления его траекторным движением с целью минимизации отклонений от заданной траектории. Особенностью этой структуры является наличие контура ориентации, а также локомоционного и траекторного контуров, позволяющих разделить процессы стабилизации скорости беспилотного летательного аппарата и его траекторного управления. Приведены законы управления в траекторном контуре, сформированные на основе применения линейных регуляторов и пропорциональных ограничителей требуемых скоростей движения беспилотного аппарата. Представлены результаты синтеза законов управления в локомоционном контуре на основе использования метода последовательных возвратов П. В. Кокотовича. Предложен и обоснован вариант формирования требуемых значений тяг двигателей беспилотного летательного аппарата посредством наложения дополнительных ограничений на его динамику. Представлены результаты имитационного моделирования полета гексакоптера в разных режимах: набор высоты, горизонтальный полет, вертикальная посадка, разворот на постоянной высоте. Результаты моделирования подтвердили справедливость принятых в работе технических решений.

1. Mohsan S. A. H. et al. Unmanned aerial vehicles (UAVs): Practical aspects, applications, open challenges, security issues, an d future trends // Intelligent Service Robotics. 2023. Vol. 16, N 1. Р. 109–137. DOI: 10.1007/s11370-022-00452-4.

2. Molina A. A., Huang Y., Jiang Y. A Review of Unmanned Aerial Vehicle Applications in Construction Management: 2016–2021 // Standards. 2023. Vol. 3, N 2. Р. 95–109. DOI: 10.3390/standards3020009.

3. Rabiu L., Ahmad A., Gohari A. Advancements of Unmanned Aerial Vehicle Technology in the Realm of Applied Sciences and Engineering: A Review // Journal of Advanced Research in Applied Sciences and Engineering Technology. 2024. Vol. 40, N 2. Р. 74–-95. DOI: 10.37934/araset.40.2.7495.

4. Petruhin V. A., Lelkov K. S., Chernomorsky A. I. Local Navigation of a Wheeled Mobile Robot as a Carrier of Equipment for Aircraft Defects Monitoring at the Parking Lot // 30th Saint Petersburg Intern. Conf. on Integrated Navigation Systems (ICINS). IEEE, 2023. Р. 1–5. DOI: 10.23919/ICINS51816.2023.10168466.

5. Aleshin B. S. et al. Robotic complex for inspection of the outer surface of the aircraft in its parking lot // Incas Bulletin. 2020. Vol. 12. Р. 21–31. DOI: 10.13111/2066-8201.2020.12.S.2.

6. Лельков К. С., Черноморский А. И. Роботизированный комплекс для мониторинга воздушного судна на его стоянке // Авиационные системы в XXI веке: Тез. докл. юбилейной Всерос. науч.-техн. конф. Москва, 21– 22 апреля 2022 г. С. 274–275.

7. Lei Y., Cheng M. Aerodynamic performance of hex-rotor UAV considering the horizontal airflow // Applied Sciences. 2019. Vol. 9, N 22. Р. 4797. DOI: 10.3390/app9224797.

8. Stamate M. A. et al. Improvement of hexacopter UAVs attitude parameters employing control and decision support systems // Sensors. 2023. Vol. 23, N 3. Р. 1446. DOI: 10.3390/s23031446.

9. Петрухин В. А., Лельков К. С., Черноморский А. И. Локальная навигация колесного мобильного робота как носителя аппаратуры мониторинга дефектов воздушного судна на его стоянке // XXX Юбилейная Санкт-Петербургская междунар. конф. по интегрированным навигационным системам. 2023. С. 85–90.

10. Lelkov K. S. Hex-rotor aircraft dynamics and simulation // AIP Conference Proceedings. AIP Publishing, 2023. Vol. 2948, N 1. DOI: 10.1063/5.0165369.

11. Bangura M., Melega M., Naldi R. and Mahony R. Aerodynamics of Rotor Blades for Quadrotors // arXiv: Fluid Dynamics, 2016.

12. Cai G. et al. Coordinate systems and transformations // Unmanned rotorcraft systems. Springer Science & Business Media, 2011. Р. 23–34. DOI: 10.1007/978-0-85729-635-1_2.

13. Alaimo A. et al. PID controller applied to hexacopter flight // Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2014. Vol. 73. Р. 261–270.

14. Kokotovic P. V. The joy of feedback: nonlinear and adaptive // IEEE control systems magazine. 1992. Vol. 12, N 3. Р. 7–17. DOI: 10.1109/37.165507.

15. Arellano-Muro C. A. et al. Backstepping control with sliding mode estimation for a hexacopter //10th Intern. Conf. on Electrical Engineering, Computing Science and Automatic Control (CCE). IEEE, 2013. Р. 31–36. DOI: 10.1109/ICEEE.2013.6676026.

16. Буланов С. Г. Необходимые и достаточные критерии устойчивости по Ляпунову систем обыкновенных дифференциальных уравнений // Итоги науки и техники. Сер. „Современная математика и ее приложения. Тематические обзоры“. 2023. Т. 224. С. 10–18.