Тема: Управление мультикоптером в аварийной ситуации

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

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 копте- ра в биспинер и дрейфа на ненулевой высоте с учётом задержки в управ­лении тягой пропеллеров.
Купить