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
Купить

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).Из-за схемы перемещения, которая подразумевает наклоны корпуса коптера, придётся ввести в управление способ нейтрализации отклонений от начального положения на программной кривой.
Обзор литературы
С управлением квадрокоптера связано большое количество работ, среди них можно выделить [2], в которой проведена классификация ал­горитмов управления для различных моделей квадрокоптеров с качествен­ным анализом этих алгоритмов. . Однако, как и с любым устройством, возникают проблемы нештатных ситуаций, когда отказывают двигатели, падает тяга или временно теряется управление. На эту тему уже имеется широкий ряд исследований, например, в [3] проведён анализ таких ситу­аций, а в [1] подробно остановились на динамической модели и провели численные эксперименты для различных случаев.
Классификация аварийных ситуациаций представлена в [3] и [1]. При­ведём эти результаты в общем списке:
• падение тяги не ниже критической (как правило берётся 30%);
• временный отказ двигателя (время меньше чем частота управления или расчёта нового);
• падение тяги ниже критической отметки, здесь рассматривается три случая:
• одного из двигателей;
• двух симметричных;
• двух смежных;
• трёх двигателей (очевидно что при отказе всех четырёх устрой­ство окажется неуправляемым);
• те же три случая из предыдущего пункта, но с полным отказом дви­гателя;
Для каждого случая существует много решений, в большинстве из перечисленных случаев это алгоритм плавной посадки в автоматическом режиме, направленный на снижение силы удара и максимальное сокраще­ние расстояния до целевой точки на земле, иногда можно стабилизировать полёт для достижения предполагаемого оператором места призмеления.
В работе [14] подробно останавливаются на общих принципах работы линейно-квадратичных регуляторов, и регулируемых ими системах. В ра­ботах [1] - [13] рассматриваются математические модели коптеров и методы управления ими.
А источники [15] - [20] служили фундаментальной основой вывода уравнений и методов исследования.
Купить