Разработка и моделирование динамического генератора реализуемых 4D-траекторий для БПЛА самолетного типа

Консультант(ы): 

Ключевые слова: 

Тематика проводимого исследования: 

Управление дронами, подводными, космическими и наземными роботами

Приобретаемые знания: 

Методы планирования траекторий для БПЛА; инновационные методы современной теории автоматического управления: блочный синтез нелинейных обратных связей; обеспечение инвариантности выходных переменных по отношению к несогласованным возмущениям; обеспечение проектных ограничений на переменные состояния и управление на стадии синтеза.

Приобретаемые навыки и умения: 

Планирование 4D-траекторий для БПЛА самолетного типа; проектирование и настройка динамических генераторов заданий (следящих дифференциаторов) с учетом проектных ограничений на переменные состояния и управления; численное моделирование в среде MATLAB-Simulink.

Необходимый уровень знаний и навыков практиканта для выполнения задания: 

основы линейной алгебры и аналитической геометрии, математического анализа, теории обыкновенных дифференциальных уравнений и теории автоматического управления, MATLAB-Simulink

Тип проекта: 

Практика / научно-исследовательская работа

Период практики: 

2-4 недели непрерывно или рассредоточено

Краткое описание проекта: 

Рассматривается проблема планирования реализуемой траектории с заданной средней скоростью движения на разных участках для беспилотных летательных аппаратов самолетного типа. Как известно, такой робот не может мгновенно изменить направление движения, поэтому при резком изменении курса он не впишется в поворот, сойдет с заданного маршрута и создаст аварийную ситуацию. Для построения гладкой траектории с непрерывной кривизной обычно применяют интерполяционные алгоритмы и полиномиальные аппроксимации (кубические B-сплайны). Аналитическое описание заданного маршрута сложной формы может сопровождаться громоздкими и длительными вычислениями. При этом проблема выполнения проектных ограничений на скорость и ускорение робота потребует дополнительной проверки и алгоритмизации. Такие алгоритмы не эффективны в режиме on-line. Вместо методов аналитического сглаживания предлагаются к разработке методы динамического сглаживания опорной траектории. Они не требуют сложных геометрических расчетов, точного аналитического описания сегментов траектории и расчета коэффициентов полиномов. Цель проекта состоит в разработке динамического генератора, который автоматически сглаживает первичные негладкие траектории для центра масс БПЛА, обеспечивает выполнение проектных ограничений на скорость и ускорение и порождает реализуемые траектории в реальном времени.

Задания на практику: 

1) составить краткий обзор традиционных методов сплайновой интерполяции; 2) изучить основные положения блочного метода синтеза сигмовидных обратных связей; 3) составить несколько вариантов примитивной траектории, определяющей путь следования БПЛА в виде ломаной, соединяющей контрольные точки, с различной средней скоростью движения на разных участках; 4) сформулировать постановку задачи динамического сглаживания примитивной траектории и построить динамический генератор, который отслеживает примитивную негладкую траектории и порождает при этом реализуемые задающие воздействия, которые используются в системе управления реальным БПЛА; 5) разработать процедуру синтеза нелинейных сигмовидных корректирующих воздействий динамического генератора с учетом проектных ограничений на скорость и ускорение БПЛА; 6) провести численное моделирование (в среде MATLAB-Simulink или с использованием любого другого ПО) с обработкой различных примитивных траекторий; 7) сформулировать выводы по результатам выполненной работы.

Результат выполнения проекта: 

Реализация динамического генератора реализуемых 4D-траекторий; численное моделирование; отчет о полученных результатах, научная публикация.