Разработка и моделирование системы управления движением БПЛА в условиях ветровых возмущений

Консультант(ы): 

Ключевые слова: 

Тематика проводимого исследования: 

Управление дронами, подводными, космическими и наземными роботами

Приобретаемые знания: 

Методы синтеза систем слежения, инновационные методы оценивания внешних ограниченных возмущений с помощью наблюдателя–дифференциатора с кусочно-линейными корректирующими воздействиями, не требующие ввода динамического генератора, имитирующего внешние возмущения.

Приобретаемые навыки и умения: 

Синтез динамической обратной связи в системе слежения; проектирование и настройка динамических наблюдателей возмущений; численное моделирование в среде MATLAB-Simulink; расчет и анализ показателей качества замкнутой системы.

Необходимый уровень знаний и навыков практиканта для выполнения задания: 

Основы линейной алгебры, математического анализа и теории обыкновенных дифференциальных уравнений, основ теории автоматического управления, MATLAB-Simulink.

Тип проекта: 

Практика / научно-исследовательская работа

Период практики: 

2-4 недели непрерывно или рассредоточено

Краткое описание проекта: 

В качестве математической модели объекта управления рассматриваются уравнения пространственного движения центра масс БПЛА самолетного типа в траекторной системе координат. Ставится задача синтеза обратной связи, обеспечивающей отслеживание заданной допустимой траектории в режиме полета. Предполагается, что полет проходит в штатном режиме и сила ветра не превышает допустимые нормы, однако ее воздействие может помешать выполнению летного задания. Цель проекта: разработать динамический наблюдатель возмущений, который позволит восставить в реальном времени ветровые возмущения для того чтобы компенсировать их воздействие с помощью комбинированного управления. В стандартных подходах для построения наблюдателя возмущений предварительно нужно составить динамическую модель, имитирующую внешние воздействия. Однако, проектирование правдоподобных моделей возможно только для узкого класса возмущений. Кроме того, они всегда приводят к дополнительному повышению динамического порядка регулятора и увеличивают время счета управляющего сигнала. В данном проекте для оценивания внешних возмущений предлагается использовать динамический наблюдатель возмущений с кусочно-линейными корректирующими воздействиями. Этот наблюдатель копирует уравнения математической модели объекта управления, на которые непосредственно действуют внешние возмущения. Это позволяет восстановить внешние возмущения с любой заданной точностью с помощью корректирующих воздействий наблюдателя. Такой подход не требует использования динамического генератора возмущений и позволяет расширить класс допустимых возмущений, который будет включать ограниченные гладкие и негладкие измеримые функции. Использование наблюдателя возмущений для синтеза динамической обратной связи позволит реализовать простой закон комбинированного управления с линейной стабилизирующей составляющей и обеспечить надежную и безопасную систему слежения для БПЛА.

Задания на практику: 

1) изучить основные положения теории наблюдателей состояния с кусочно-линейными корректирующими воздействиями; 2) составить математическую модель объекта управления, формализовать постановку задачи слежения при воздействии ветровых возмущений; 3) разработать базовый (в предположении, что все внутренние и внешние сигналы доступны для измерения) закон комбинированного управления, обеспечивающий отслеживание координатами центра масс БПЛА заданной траектории; 4) спроектировать динамический наблюдатель возмущений и обосновать настройку его параметров; 5) исследовать устойчивость замкнутой системы с динамической обратной связью; 6) провести численное моделирование разработанных алгоритмов в среде MATLAB-Simulink или с использованием любого другого ПО с имитацией гладких и негладких ветровых возмущений; 7) составить таблицу значений показателей качества процессов замкнутой системы при воздействии ветровых возмущений различного типа; сформулировать выводы по результатам выполненной работы.

Результат выполнения проекта: 

Реализация системы слежения для БПЛА в режиме полета при действии ветровых возмущений; численное моделирование; отчет о полученных результатах, научная публикация.