Статья

Название статьи СОГЛАСОВАННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГРУПП МАЛЫХ МНОГОРОТОРНЫХ БПЛА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ГРУЗОВ
Автор А.А. Кочкаров, Р.Т. Агишев
Рубрика РАЗДЕЛ VI. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Месяц, год 01-02, 2017
Индекс УДК 21474
DOI
Аннотация Основной задачей работы являлось построение компьютерной модели для оценки максимально возможной массы, переносимой группой малых многороторных БПЛА. В дан-ной работе рассмотрена динамика системы, состоящей из четырех квадрокоптеров, жестко прикрепленных к концам структуры в виде креста для транспортировки грузов. Рас-смотрено движение такой системы с полезной нагрузкой, расположенной на перекрестии. Движение подобной конфигурации описывается с помощью математической модели квадрокоптера. На ее основе произведено моделирование движения системы вдоль различных траекторий: прямой, синусоиды, ромба. Набор траекторий позволяет исследовать поведение системы при выполнении различных маневров. Для каждой из них оценены координатные ошибки следования кривой в условиях изменяющейся среды: учтено наличие воз-душного сопротивления движению системы, проведено моделирование порывов ветров. Наложены ограничения по времени полета из начальной точки в конечную. Установлены требования к точности достижения пункта доставки. Точность включает в себя малое отклонение центра масс системы по координате по отношению к конечному пункту, близость к нулю скорости движения креста в малой окрестности конечной точки. Также, в отсутствие ветра, малым должен быть и угол отклонения системы «груз + несущие квадрокоптеры» от горизонтали в конечной точке. С помощью метода Зиглера-Никольса были подобраны коэффициенты ПД-регуляторов, после чего смоделировано движение та-кой системы вдоль трех траекторий при наличии ветра. Исследована реакция системы при ее движении на сигнал ветра, заданный, как непрерывное изменение во времени скорости и направления ветра, так и в виде ступенчатых функций. В случае успешной транспортировки система остается в устойчивом положении. Проведены оценки полной энергии, затрачиваемой квадрокоптерами на перенос груза для выбранных траекторий, в зависимости от силы и направления ветра. Спроектированная модель универсальна. Она позволяет производить исследования, предварительно задавая желаемые параметры летательных аппаратов, например, грузоподъемность и емкость батарей.

Скачать в PDF

Ключевые слова Квадрокоптер; нагрузка; ПИД-регулятор; траектория; группа БПЛА.
Библиографический список 1. Малинецкий Г.Г., Кочкаров А.А. Будущее российского оружия и междисциплинарные подходы // Интеллект и технологии. – 2014. – № 1 (7). – С. 48-51.
2. Кочкаров А.А., Яцкин Д.В., Рахманов О.А. Особенности решения задачи геометрического мониторинга // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2016. – № 2 (175). – С. 158-168.
3. Кочкаров А.А.,Калинов И.А. Создание программно-аппаратного комплекса пространственной навигации и мониторинга мультироторного БПЛА на основе модифицированного алгоритма визуальной одометрии // Наука и Образование. – 2016. – № 09. – С. 74-91.
4. Кочкаров А.А., Яцкин Д.В., Калинов И.А.Новый подход в применении малых БПЛА для мониторинга сложных пространств // Интеллект и технологии. – 2016. – № 2 (14).
– С. 68-71.
5. Кочкаров А.А. Некоторые особенности применения малых и сверхмалых беспилотных летательных аппаратов // Труды Второй Всероссийской научно-технической конференции молодых конструкторов и инженеров «Минцевские чтения», посвященной
120-летию со дня рождения академика А.Л. Минца и 60-летию аспирантуры Радиотех-нического института. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. – С. 301-304.
6. Clarity from above PwC global report on the commercial applications of drone technology, May 2016.
7. Гурьянов А.Е. Моделирование управления квадрокоптером // Инженерный вестник.
– 2014. – № 08.
8. Steven M. LaValle. Planning algorithms. University of Illinois, 2006.
9. Mellinger D., Michael N., and Kumar V. Trajectory Generation and Control for Precise Ag-gressive Maneuvers with Quadrotors // Int. Symposium on Experimental Robotics. – 2010.
10. Вадутов О.С. Настройка типовых регуляторов по методу Циглера-Никольса. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014. – 10 с.
11. Гэн К., Чулин Н.А. Алгоритмы стабилизации для автоматического управления траектор-ным движением квадрокоптера. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015.
12. Sreenath K., Michael N., and Kumar V. Trajectory generation and control of a quadrotor with a cable suspended load – a differentially-flat hybrid system // in ICRA, Karlsruhe, Germany, May 2013.
13. Escareño J.,•Salazar S.,• Romero H,. Lozano R. Trajectory Control of a Quadrotor Subject to 2D Wind Disturbances.
14. Еремин В.Ю., Ивченко Б.А., Чижов В.М. Моделирование порывов ветра, воздействую-щих на привязной аэростат // Труды ЦАГИ. – 2003. – С. 62-67.
15. Julian Cayero, Josep Cugueró and Bernardo Morcego. Impedance control of a planar quadrotor with an extended Kalman filter external forces estimator.
16. Иванов Е.М. О работе в потенциальных полях // Фундаментальные исследования.
– 2005. – № 2. – С. 65-66.
17. Fink J., Michael N., Kim S., and Kumar V. Planning and control for cooperative manipulation and transportation with aerial robots // Int. J. Robot. Res.
18. Ситников Д. В., Бурьян Ю. А., Русских Г. С. Система управления движением мультикоп-тера // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. ака-демика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). – 2012. – № 5-2 (36). – С. 33-37.
19. Control of Quadrotors for Robust Perching and Landing Daniel Mellinger, Michael Shomin, and Vijay Kumar GRASP Lab, University of Pennsylvania.
20. C. (Cees) Trouwborst Control of Quadcopters for Collaborative Interaction, BSc Report, Juli 2014.

Comments are closed.