Details

Данная работа посвящена разработке информационной модели квадрокоптера и синтезу управлений для нее. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1) Анализ особенностей движения беспилотных летательных аппаратов, выбор математической модели, отвечающей ключевым ограничениям. 2) Синтез локально-допустимых управлений для выбранной модели БПЛА. 3) Синтез информационной модели БПЛА в SimInTech. 4) Настройка управления моделью с внешнего подключаемого устройства. В ходе выполнения работы был проведен анализ предметной области: изучены основные принципы движения квадрокоптеров, рассмотрены факторы внешней среды и иные ограничения БПЛА, влияющие на его маневренность и управляемость. В результате проведенного исследования была выбрана математическая модель, учитывающая все ключевые кинематические и динамические ограничения системы. Для выбранной модели был проведен ряд расчетов, в результате которых были получены аналитические выражения для проекторов на ортогональное дополнение и линейное многообразие. Данные выражения были использованы для синтеза локально-допустимых управлений, обеспечивающих стабилизацию динамического объекта. При синтезе был введен ряд допущений, в рамках которых исследуемый объект является управляемым и стабильным. Была синтезирована информационная модель квадрокоптера в среде математического моделирования SimInTech, подключено и откалибровано внешнее управляющее устройство, с которого осуществлялось управление динамическим объектом. Достигнутые результаты были подтверждены графиками, отражающими динамику параметров системы и реакцию на управления. Для достижения данных результатов в работе было использовано следующее программное обеспечение: 1) среда математического моделирования SimInTech; 2) платформа для программирования и числовых вычислений MATLAB.

This work is devoted to the development of an informational quadcopter model and the synthesis of control algorithms for it. The research set the following goals: 1) Analysis of unmanned aerial vehicle motion characteristics and selection of a mathematical model meeting key constraints. 2) Synthesis of locally admissible control laws for the selected UAV model. 3) Development of an informational UAV model in SimInTech. 4) Setting up control of the model using an external device. During the research, an analysis of the subject area was carried out: fundamental principles of quadcopter motion were studied, environmental factors and other UAV constraints affecting maneuverability and controllability were examined. As a result, a mathematical model accounting for all key kinematic and dynamic system constraints was selected. For the chosen model, a series of calculations were performed, yielding analytical expressions for projections onto the orthogonal complement and onto a linear manifold. These expressions were used to synthesize locally admissible control laws ensuring dynamic object stabilization. During synthesis, several assumptions were introduced under which the studied object remains controllable and stable. An informational quadcopter model was developed in the SimInTech mathematical modeling environment, with an external control device connected and calibrated for dynamic object control. The results were validated through graphs illustrating system dynamics and control responses. The following software was used in the course of the work: 1. SimInTech mathematical modeling environment; 2. MATLAB programming and numerical computing platform.