Алгоритм директорного управления квадрокоптером с возможностью облета препятствий

Abstract

В статье решается задача разработки автономной системы управления полетом, позволяющей беспилотному летательному аппарату коптерного типа, – квадрокоптеру, осуществлять полёт по заданному маршруту с возможностью облета препятствий. Задача решается посредством разработки детальной математической модели квадрокоптера с четырьмя винтам, учитывающей ветровые возмущения, и алгоритма траекторного управления беспилотным летательным аппаратом. В основе математической модели лежит основной закон динамики для поступательного движения и основное уравнение динамики для вращательного движения. Алгоритм траекторного управления, направленный на поддержание требуемых линейных координат квадрокоптера на всей протяженности маршрута, разработан с использованием пропорционально-интегрально-дифференцирующего (ПИД) регулятора. Для поддержания угловых координат используется также ПИД-регулятор. Коэффициенты ПИД-регулятора рассчитываются тангенциальным методом или методом Зиглера-Никольса. Реализация алгоритма траекторного управления выполнена в среде объектно-ориентированного программирования. The article solves the problem of developing an autonomous flight control system that allows an unmanned aerial vehicle of a copter type, a quadcopter, to fly along a given route with the possibility of flying around obstacles. The problem is solved by developing a detailed mathematical model of a quadcopter with four propellers, taking into account the influence of the working environment and the algorithm for trajectory control of an unmanned aerial vehicle. The mathematical model is based on the basic law of dynamics for translational motion and the basic equation of dynamics for rotational motion. The trajectory control algorithm aimed at maintaining the required linear coordinates of the quadcopter over the entire length of the route was developed using a proportional-integral-differentiating (PID) controller. A PID controller is also used to maintain angular coordinates. The coefficients of the PID controller are calculated by the tangential method or the Ziegler-Nichols method. The trajectory control algorithm is implemented in an object-oriented programming environment. The mathematical model is based on the basic law of dynamics for translational motion and the basic equation of dynamics for rotational motion.