Введение 3
Обзор литературы 4
Глава 1. Математическое описание. Постановка задачи 5
1.1 Математическая модель движения квадрокоптера 5
1.2 Постановка задачи 8
Глава 2. Обнаружение и локализация отказов приводов винта квадрокоптера с помощью метода главных компонент 10
2.1. Метод главных компонент 10
2.2 Обнаружение и локализация отказов приводов винтов квадрокоптера 14
Глава 3. Управление полетом квадрокоптера при отказе одного привода 16
3.1 ПИД регулятор 16
3.2 ПД регулятор для полета квадрокоптера с 4мя винтами 18
3.3 Управление квадрокоптером при полном отказе одного винта 21
3.4 Общая схема решения задачи 23
Глава 4. Эксперимент и результаты 24
Выводы 27
Заключение 28
Список литературы 29
В работе рассматривается задача обнаружения аварийной ситуации для управляемого движения квадрокоптера. Целью работы является выявление отказа винта на основе полученных с датчиков квадрокоптера данных о значениях измеряемых переменных состояния. Данная задача является актуальной, ибо ни одна система не может обеспечить бесперебойную работу аппарата. В случае непредвиденного отказа какой-либо системы или её части важно как можно быстрее восстановить её работоспособность, пока последствия не стали критичными, а для этого необходимо максимально быстро идентифицировать и локализовать саму проблему и принять соответствующие меры. Для решения данной задачи используется подход, базирующийся на методе главных компонент (Principal Component Analysis — PCA) и не требующий точного знания модели объекта. Поскольку для рассматриваемого объекта, как правило, параметры объекта точно неизвестны, для решения задачи выбран именно подход, основанный на PCA. Для управления движением квадрокоптера выполнен синтез пропорциональнодифференциальных регуляторов по управляемым переменным. Моделирование и проведение экспериментов для сбора данных, используемых для выявления аварийной ситуации, выполнено в среде MATLAB для конкретной модели квадрокоптера.
В работе получены следующие результаты:
1. Проведен анализ возможности применения метода PCA для идентификации отказов приводов винтов квадрокоптера.
2. Предложена и реализована схема построения алгоритма противо- аварийного управления в ситуации полного отказа винта квадрокоптера, основанная на применении метода PCA и обеспечения управляемого движения квадрокоптера в этой ситуации.
3. Проведены вычислительные эксперименты в среде MATLAB, в результате чего проиллюстрирована успешность применения предложенной схемы.
[1] Mueller M.W., D’Andrea R. Stability and control of a quadrocopter despite the complete loss of one, two, or three propellers, IEEE International Conference on Robotics & Automation (ICRA), 2014.
[2] Michael N., Mellinger D., Lindsey Q., Kumar V. The GRASP Multiple Micro - UAV Testbed // IEEE Robotics & Automation Magazine. 2010. Vol. 17, No 3. P. 3-4.
[3] Isermann R. Fault - Diagnosis Systems. Berlin: Springer - Verlag Berlin Heidelberg, 2006. 475 p.
[4] Князькин Я. В. Обнаружение и диагностика динамических сбоев в процессе стабилизации движения морского судна // Процессы управления и устойчивость. 2014. T. 1. № 1. С. 330-335.
[5] Денисенко В. ПИД -регуляторы: принципы построения и модификации // Современные технологии и автоматизации. 2006. № 4.
[6] Гэн К., Чулин Н.А. Алгоритмы стабилизации для автоматического управления траекторным движением квадрокоптера // Наука и Образование МГТУ им Н.Э,Баумана. 2015. № 05 с.218-235.