Детальная информация

Выпускная квалификационная работа содержит 73 страницы, 6 рисунков, 0 таблиц. Выпускная квалификационная работа посвящена исследованию и разработке метода децентрализованного полёта роя беспилотных летательных аппаратов по аналогии с коллективным полётом птиц. В качестве природной основы рассматривается сезонный перелёт птиц, поскольку данная форма поведения наиболее близка к задаче длительного согласованного движения роя автономных агентов без единого постоянного центра управления. В работе рассматриваются особенности коллективного поведения птиц при дальних перелётах. Основное внимание уделяется двум ключевым вопросам: каким образом в стае задаются скорость и вектор направления движения, а также каким образом происходит изменение скорости и направления при изменении условий полёта. Отдельно рассматривается вопрос лидерства в стае: в одних случаях движение связано с наличием более активной ведущей птицы, в других случаях постоянный лидер отсутствует, а инициатор изменения движения возникает временно. Ключевой идеей работы является рассмотрение временного локального источника изменения движения. Такой источник не является постоянным управляющим центром, а только в конкретной ситуации влияет на изменение скорости или направления движения роя. После стабилизации движения его роль исчезает или переходит к другому участнику. Полученные выводы о поведении птиц используются для дальнейшей постановки задачи разработки метода децентрализованного полёта БПЛА. Предполагается, что перенос принципов сезонного перелёта птиц позволит построить метод роевого движения, при котором рой БПЛА сможет сохранять согласованность, изменять направление движения и реагировать на внешние воздействия без постоянного лидера. Ключевые слова: БПЛА, децентрализованное управление, коллективный полёт птиц, сезонный перелёт, стая, локальное взаимодействие, временный источник изменения движения, скорость движения, вектор направления.

The graduation thesis contains 73 pages, 6 figures, and 0 tables. The graduation thesis is devoted to the research and development of a decentralized flight method for a group of unmanned aerial vehicles based on the analogy with collective bird flight. Seasonal bird migration is considered as the natural basis of the work, since this form of behavior is closest to the task of long-term coordinated movement of autonomous agents without a single permanent control center. The work examines the features of collective bird behavior during longdistance migration. The main attention is paid to two key issues: how speed and direction are set in a flock, and how speed and direction change when flight conditions change. The issue of leadership in a flock is considered separately. In some cases, movement is associated with a more active leading bird, while in other cases there is no permanent leader and the initiator of motion change appears only temporarily. The key idea of the thesis is the consideration of a temporary local source of motion change. Such a source is not a permanent control center, but only in a specific situation influences the change of speed or direction of the group. After the movement is stabilized, this role disappears or is transferred to another participant of the system. The conclusions obtained from the analysis of bird behavior are used for the further formulation of the problem of developing a decentralized UAV flight method. It is assumed that transferring the principles of seasonal bird migration to a group of UAVs makes it possible to construct a method of collective movement in which the swarm preserves coherence, changes direction, responds to external influences and avoids obstacles without a permanent leader. The thesis includes an analysis of known decentralized control methods, a formal problem statement, the development of the floating leader method, computational testing, and a Python implementation. The results show that the proposed method reduces the stabilization time of direction and speed compared with the basic local agreement mode while preserving safe distances inside the swarm. Keywords: UAV, decentralized control, collective bird flight, swarm, local interaction, floating leader, motion direction, speed agreement, Python implementation.

• ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
• ВВЕДЕНИЕ
• ОБЗОР ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ
  • Известные методы локального управления роем БПЛА
  • Коллективный полёт птиц как аналог задачи роевого полёта БПЛА
  • Выводы по обзору предметной области
• ФОРМАЛЬНАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
  • Дано
  • Требуется
  • Ограничения
  • Выводы по формальной постановке задачи
• МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
  • Общий подход к построению метода
  • Метод облёта препятствий
  • Метод плавающего лидера
  • Выводы по методам решения задач
• АПРОБАЦИЯ МЕТОДА
  • Цель и данные апробации
  • Результаты апробации
  • Выводы по апробации метода
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
• ПРИЛОЖЕНИЕ А. Исходный код метода