Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

Алгоритмы стабилизации для автоматического управления траекторным движением квадрокоптера

# 05, май 2015
DOI: 10.7463/0515.0771076
Файл статьи: SE-BMSTU...o235.pdf (1171.22Кб)
авторы: Гэн К., Чулин Н. А.

УДК 681.5+007

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

В статье рассматривается задача автоматического полета квадрокоптера по заданному маршруту. Квадрокоптер представляет собой беспилотный летательный аппарат (БПЛА), имеющий четыре двигателя. В настоящее время подобные аппараты уже широко используется, но в основном управляются с пульта оператора. Актуальностью является задача разработки системы управления, позволяющая осуществлять автономный полёт. Цель настоящей работы является исследованием возможности решения этой задачи с использованием алгоритмов стабилизации и траекторного управления.
Математическая модель квадрокоптера представляет собой достаточно сложную нелинейнаю систему, для получения которой совместно используются программные системы Matlab Simulink и Universal Mechanism. Сравнение результатов моделирования в двух программных пакетах - в Matlab, где моделируется нелинейная система уравнений, и в UM, где траектория полета и другие параметры рассчитываются по передаваемым силам и моментам, может служить подтверждением правильности используемой модели.
Синтез регуляторов для подсистемы ориентации и стабилизации и подсистемы траекторного управления, проводится на традиционных принципах, в частности – с использованием ПИД-регуляторов и метода на основе функций Ляпунова, известного в литературе как «бэкстеппинг». Наиболее подходящие регуляторы выбраны путём сравнения результатов моделирования. Моделировались реакции на ступенчатые воздействия и отслеживание заданных траекторий. Установлено, что траектория полета квадрокоптера почти совпадает с заданным маршрутом, изменения координат центра масс квадрокоптера для двух сравниваемых регуляторов почти одинаковые, но диапазон отклонений углового положения для регулятора бэкстеппинг заметно меньше, чем для ПИД-регулятора.

Список литературы
  1. Santos O., Romero H., Salazar S, Lozano R. Real-time Stabilization of a Quadrotor UAV: Nonlinear Optimal and Suboptimal Control // Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2013. Vol. 70, iss. 1-4. P. 79-91. DOI: 10.1007/s10846-012-9711-8
  2. Li T., Zhang Y., Gordon B.W. Passive and active nonlinear fault tolerant control of a quadrotor unmanned aerial vehicle based on the sliding mode control technique // Journal of Systems and Control Engineering. 2013. Vol. 227. P. 12-23. DOI: 10.1177/0959651812455293
  3. Gong X., Bai Y., Peng C., Zhao C., Tian Y. Trajectory tracking control of a quad-rotor UAV based on command filtered backstepping // 2012 Third International Conference on Intelligent Control and Information Processing (ICICIP). IEEE Publ., 2012. P. 179-184. DOI: 10.1109/ICICIP.2012.6391413
  4. Dierks T, Jagannathan S. Output feedback control of a quadrotor UAV using neural networks // IEEE Transactions on Neural Networks. 2010. Vol. 21, no. 1. P. 50-66. DOI: 10.1109/TNN.2009.2034145
  5. Xian B., Diao C., Zhao B., Zhang Y. Nonlinear robust output feedback tracking control of a quadrotor UAV using quaternion representation // Nonlinear Dynamics. 2015. Vol. 79, iss. 4. P. 2735-2752. DOI: 10.1007/s11071-014-1843-x
  6. Yi Z., Xiuxia Y., Hewei Z., Weiwei Z. Tracking control for UAV trajectory // 2014 IEEE Chinese Guidance, Navigation and Control Conference (CGNCC). IEEE Publ., 2014. P. 1889-1894. DOI: 10.1109/CGNCC.2014.7007469
  7. Roberts A., Tayebi A. Adaptive Position Tracking of VTOL UAVs // IEEE Transactions on Robotics. 2011. Vol. 27, no. 1. P. 129-142. DOI: 10.1109/TRO.2010.2092870
  8. Krstić M., Kanellakopoulos I., Kokotović P.V. Nonlinear and adaptive control design. New York: John Wiley & Sons, 1995. 563 p.
  9. Bouabdallah S, Siegwart R. Backstepping and sliding-mode techniques applied to an indoor micro quadrotor // ICRA 2005. Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Robotics and Automation. IEEE Publ ., 2005. P . 2247-2252. DOI:10.1109/ROBOT.2005.1570447
  10. Голубев А.Е. Отслеживание программного изменения угла атаки для продольной динамики ракеты класса «воздух-воздух» с помощью метода обхода интегратора // Наука и образование. МГТУ им . Н . Э . Баумана . Электрон . журн . 2013. № 11. С . 401-414. DOI:10.7463/1113.0622518
  11. Bouabdallah S., Siegwart R. Towards Intelligent Miniature Flying Robots // Field and Service Robotics. 2006. Vol . 25. P . 429-440. DOI: 10.1007/978-3-540-33453-8_36
  12. Курс теоретической механики / под ред. К.С. Колесникова. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 736 с.
  13. Гурьянов А.Е. Моделирование управления квадрокоптером // Инженерный вестник. 2014. № 8. С. 522-534. Режим доступа: http://engbul.bmstu.ru/doc/723331.html (дата обращения 01.04.2015.).
  14. Программный комплекс «Универсальный механизм». 2013. Режим доступа:http://www.universalmechanism.com/download/70/rus/gs_um.pdf (дата обращения 01.04.2015).
  15. Бесколлекторный мотор. Режим доступа:http://bkso.baidu.com/view/344829.htm (дата обращения 01.04.2015).
  16. Шляйхер М. Техника автоматического регулирования для практиков. М .: JUMO GmbH, 2006. 124 с .
Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА
18.12.2017
С 21 по 24 ноября 2017г. в МГТУ им. Н.Э. Баумана прошла XII Всероссийская инновационная молодежная научно-инженерная выставка «Политехника», посвященная 170-летию со дня рождения Н.Е. Жуковского в рамках Всероссийского инновационного молодежного научно-инженерного форума «Политехника».

11.10.2017
XII Всероссийская инновационная молодежная научно-инженерная выставка «ПОЛИТЕХНИКА», посвященная 170-летию со дня рождения Н.Е. Жуковского 21–24 ноября 2017 года г. Москва

25.05.2017
C 15 по 17 мая 2017г. в МГТУ им. Н.Э. Баумана прошел III этап (Всероссийский) Всероссийской студенческой олимпиады по физике (в технических вузах).

25.04.2017
С 12 по 14 апреля в МГТУ им. Н.Э. Баумана прошел Всероссийский этап Всероссийской олимпиады по безопасности жизнедеятельности.

4.04.2017
С 14 по 16 марта 2017г. в МГТУ им. Н.Э. Баумана прошел III (Всероссийский) тур Всероссийской студенческой олимпиады по иностранному языку (английский в технических вузах).




Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2018 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)