АЛГОРИТМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ БПЛА

Список сокращений и условных обозначений 4
Словарь терминов 5
Введение 6
Глава 1. Моделирование квадрокоптера 8
1.1 Кинематика 8
1.2 Физика работы ротора 9
1.2.1 Моторы 9
1.2.2 Силы 10
1.2.3 Крутящие моменты 12
1.3 Уравнения движения 14
1.3.1 Уравнения Ньютона-Эйлера 14
1.3.2 Уравнения Эйлера-Лагранжа 15
Глава 2. Алгоритмы стабилизации 17
2.1 Постановка задачи 17
2.2 Регуляторы 17
2.2.1 ПИД-регулятор 17
2.2.2 Линейно-квадратичный регулятор 19
2.2.3 Выводы 21
Глава 3. Программная симуляция 22
3.1 Регуляторы 22
3.1.1 ПИД-регулятор 24
3.1.2 Линейно-квадратичный регулятор 27
Заключение 30
Список литературы 31
Список рисунков 32
Список таблиц
Купить

В современном мире мультироторные системы получили огромное распространение. Они разделяются на множество видов по количеству роторов, по назначению, размерам и прочим характеристикам. Дальнейшая работа посвящена квадрокоптерам. Причина — это простота постройки. Квадрокоптер обладает минимальным количеством вращающихся деталей, при котором отсутствует необходимость в сложных и менее надёжных механизмах качения, которые необходимы для систем с двумя роторами и систем с нечётным числом роторов.
Квадрокоптер представляет собой мультироторную систему, имеющую четыре равноудалённых друг от друга ротора, как правило, расположенных по углам квадрата. С четырьмя независимыми роторами, необходимость в автомате перекоса исчезает. Автомат перекоса необходим, чтобы получить больше степеней свободы, но также их можно получить путем добавления еще двух винтов. Развитие квадрокоптеов было осложнено до недавнего времени, так как управление четырьмя независимыми винтами, оказалось практически невозможным без помощи электроники. Снижение стоимости современных микропроцессоров позволило создавать даже полностью автономное управление квадокоптером для коммерческих, военных и даже любительских целей. Управление квадрокоптером — трудная задача. Имея шесть степеней свободы (три поступательных и три вращательных) и только четыре управляющих входа (скорости вращения винтов), управление квадрокоптером не является определённым.
Для достижения шести степеней свободы, вращательное и поступательное движение объединены. Получаемая динамика носит нелинейный характер, особенно после учета сложных аэродинамических эффектов. И, наконец, в отличие от наземных транспортных средств, на вертолеты практически не действует трение, чтобы затормозить или замедлить их движение, так что они должны обеспечивать их собственное торможение для того, чтобы прекратить движение. В совокупности эти факторы создают очень интересную проблему управления.
Современная теория автоматического управления предлагает огромное количество различных алгоритмов управления различными устройствами. В случае квадрокоптера они помогают решить задачи управления и стабилизации полёта. Эти алгоритмы нуждаются в ручной подстройке для соответствия назначению и особенностям пилотирования, следовательно возникает задача автоматической настройки алгоритмов. В рамках этой работы было проведено сравнение различных алгоритмов стабилизации с учётом фактора сложности настройки, что позволит также упростить саму программу для настройки.
В этой работе будут рассмотрены два основных вида регуляторов: ПИД[1; 2] и ЛКР[1; 2]. В отечественной литературе основное внимание уделено ПИД регулятору, ввиду его простой идеи и простоты реализации[3]. Сравнительно недавно появились небольшие заметки на тему ЛКР[4;5].
Сначала в работе будет дано краткое описание физической модели квадрокоптера, после чего будут рассмотрено применение различных алгоритмов для стабилизации полёта с учётом простоты настройки.

Купить