Введение
Постановка задачи
Обзор литературы
Глава 1. Квадрокоптер как объект управления
1.1 Физическая модель
1.1.1 Принцип движения
1.1.2 Устройство квадрокоптера
1.2 Математическая модель
1.2.1 Уравнения динамики
1.2.2 Постановка задачи управления
1.2.3. Проверка системы на управляемость и наблюдаемость....... 19
Глава 2. Влияние аналого-цифровых подсистем.
2.1. Выбор аналого-цифровых подсистем.
2.2. Численное моделирование без учёта цифровых узлов................ 22
2.3. Численное моделирование и анализ влияния цифровых узлов .. 23
2.4. Применение метода параметрической оптимизации................... 27
2.5. Вычислительный эксперимент с оптимизированным регулятором
Глава 3 Практическое регулирование в различных режимах полета .... 29
3.1 Сборка квадрокоптера
3.2 Установка программного обеспечения на контроллер.
3.3 Сбор телеметрии и сравнение результатов испытаний
Выводы
Заключение
Список литературы
Высокую популярность в любительской и профессиональной авиации
получили квадрокоптеры — беспилотные летательные аппараты (БПЛА) с
четырьмя несущими винтами. Имея ограниченный запас энергии и требования
к высокой точности стабилизации положения, квадрокоптеры нуждаются в
качественных системах управления с учетом конкретных требований.
Сложность задачи определяют влияния аналого-цифровых подсистем, такие
как несовершенство датчиков, шумы и задержки в каналах измерений и
управления, и внешние возмущения, такие как порывы ветра, разряд батареи,
столкновения с препятствиями.
Рассмотрим основные причины, оказывающие влияние на
аналого-цифровую систему управления полетом БПЛА:
1. Дискретный характер обработки информации в цифровом полетном
контроллере.
2. Запаздывания акселерометров и гироскопов при сборе данных.
3. Наличие шумов в каналах измерений и управления.
4. Управление силовой подсистемой с помощью широтно-импульсной модуляции.
Цель работы — моделирование динамики системы стабилизации
квадрокоптера с учетом влияния перечисленных факторов. Необходимо, в
ходе конструирования БПЛА, рассмотреть конкретные аналоговые и
цифровые подсистемы, описать их характеристики и оценить их влияние на
динамику системы стабилизации квадрокоптером. Затем, требуется провести
практический эксперимент в Simulink, смоделировав динамику системы
стабилизации квадрокоптера с учётом влияния перечисленных факторов и без
учёта. И в итоге, планируется провести эксперимент с реальным
квадрокоптером по практическому регулированию с использованием5
полученных регуляторов.
Изложение результатов работы представлено в 3 главах. Первая глава
содержит физическую (раздел 1.1.) и математическую (раздел 1.2.) постановку
задачи. Принцип движения и устройство квадрокоптера подробно
описывается в параграфах 1.1.1-1.1.2. Вывод уравнений динамики
квадрокоптера осуществлен в параграфе 1.2.1., а линеаризация уравнений
динамики и постановка задачи управления — в параграфе 1.2.2. Проверка
полученной системы на управляемость и наблюдаемость осуществляется в
параграфе 1.2.3.
Вторая глава посвящена численному моделированию в Simulink с
учетом влияния аналого-цифровых подсистем на динамику системы
стабилизации квадрокоптера (раздел 2.2) и без учета (раздел 2.3). В разделе
2.1. подробно описаны выбранные компоненты квадрокоптера для участия в
эксперименте и их характеристики. В разделах 2.4-2.5 выполнена
параметрическая оптимизация стабилизирующего регулятора под влияние
аналого-цифровых подсистем.
Эксперимент с реальным квадрокоптером по практическому
регулированию с использованием полученных регуляторов содержится в
третьей главе. Сборка квадрокоптера и установка программного обеспечения
на контроллер управления полетом описан в разделах 3.1-3.2. Сам
эксперимент и его результаты представлены в разделе 3.3.
В работе выполнено:
Запрограммированы Similink-модели для моделирования
динамики системы стабилизации квадрокоптера с учетом влияния
аналого-цифровых подсистем. Проведены анализ и сравнение
проинтегрированных переходных процессов.
Получен новый регулятор с помощью метода параметрической
оптимизации, учитывающий наличие аналого-цифровых подсистем.
Проведены практические эксперименты на сконструированном
реальном аппарате с использованием различных регуляторов.
