Введение 3
Обзор литературы 5
Глава 1. Постановка задачи 7
Глава 2. Математическая модель квадрокоптера 8
2.1. Кинематика 8
2.2. Динамика 10
Глава 3. Управление при отказе двигателя 13
3.1. Программное движение 13
3.2. Стабилизация на программной кривой 15
Глава 4. Численный эксперимент 18
Заключение 24
Список литературы 25
Приложение 28
В последнее время такое устройство как мобильный квадрокоптер небольших размеров и мощностей вышло на массовое производство. И не удивительно, так как простая конструкция, удовлетворительные показали грузоподъёмности и относительная дешевизна сделали его де-факто стандартом для съёмочного процесса в труднодоступных местах. Также в следствии конструкции, квадрокоптер имеет слабую парусность, что делает его мало зависимым от ветра, в отличие от других беспилотных летательных аппаратов.
Однако, при удешевлении и облегчении конструкции и моторов пропеллеров возникает риск отказа двигателей или механической поломки двигателей. А на борту коптер может нести дорогостоящее или хрупкое оборудование, поэтому тема сохранения общей целостности устройства в аварийной ситуации с помощью специального управления нуждается в тщательном и всестороннем исследовании.
Распределения тяги для ротации положения квадрокоптера в пространстве изображено на рис.(1). Для стационарного положения суммарная тяга винтов должна равняться силе тяжести, для поворота на месте ослабляется тяга на двух симметричных винтах и увеличивается на двух других (два верхних на рис.(1)).
Для движения в каком либо направлении ослабляется тяга на винтах, ближайших к вектору направления движения, а на противоположных увеличивается, при сохранении суммарной тяги для поддержания высоты (то есть противопоставление силе тяжести).
Рис. 1: Тяга двигателей для корректировки положения.
Из-за схемы перемещения, которая подразумевает наклоны корпуса коптера, придётся ввести в управление способ нейтрализации отклонений от начального положения на программной кривой.
В ходе исследования были решены следующие задачи:
• в главе 2 построена общая математическая модель движения квадрокоптера;
• в главе 3 построено программное движение для выхода из некоторых аварийных ситуаций;
• в главе 3 построено управление на программном движении, учитывающее отклонения от программной кривой;
• в главе 4 численно промоделировано полученное решение.
В работе был рассмотрен возможный выход из всех нефатальных ситуаций (когда система оставалась управляемой) путём превращения коптера в биспинер и дрейфа на ненулевой высоте с учётом задержки в управлении тягой пропеллеров.
