УДК681.51

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ, ОСНАЩЕННЫМ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИМ МАНИПУЛЯТОРОМ

Маргун А. А., Зименко К. А., Базылев Д. Н., Бобцов А. А., Кремлев А. С., Ибраев Д. Д., Чех М. .


Читать статью полностью 
Язык статьи - Русский


Аннотация
Рассматривается задача синтеза системы управления для мультиротационного беспилотного летательного аппарата, оснащенного робототехническим манипулятором. Предложен алгоритм управления, основанный на методе линеаризации обратной связью и синтезе пропорционально-дифференциального регулятора с учетом изменений тензора инерции, положения центра масс и компенсацией реактивного момента сил, порождаемого динамикой манипулятора. В качестве модели рассматриваемого объекта управления выбран квадрокоптер с плоским двухзвенным манипулятором. На основании законов механики Ньютона и уравнений Эйлера–Лагранжа получены системы уравнений, описывающие поведение рассматриваемой динамической системы. Предложены выражения, определяющие тензор инерции и положение центра масс системы в зависимости от текущего положения манипулятора, а также реактивный момент сил, действующих на квадрокоптер со стороны манипулятора. Для полученной нелинейной системы с перекрестными связями применена линеаризация обратной связью с компенсацией влияния манипулятора на квадрокоптер, в результате чего уравнения динамики робота были преобразованы к линейной стационарной системе. Управление преобразованной системой осуществлено с помощью пропорционально-дифференциального регулятора. Проведено моделирование рассматриваемой системы с описанным в работе методом управления и классическим методом на базе пропорционально-дифференциального регулятора. Результаты моделирования показали, что предложенный подход позволяет достигнуть более высоких показателей точности и эффективности при движении по заданной траектории, чем управление с помощью пропорционально-дифференциального регулятора.

Ключевые слова: квадрокоптер, манипулятор, БПЛА, система управления

Благодарности. Работа выполнена при государственной финансовой поддержке ведущих университетов Российской Федерации (субсидия 074-U01) и при финансовой поддержке Минобрнауки Российской Федерации, Договор 14.Z50.31.003.

Список литературы
1. Chettibi T., Haddad M. Dynamic modelling of a quadrotor aerial robot // Journees D’etudes Nationales de Mecanique. Batna, Algerie, 2007. P. 22–27.
2. Mokhtari A., Benallegue A. Dynamic feedback controller of Euler angles and wind parameters estimation for a quadrotor unmanned aerial vehicle // Proceedings – IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2004. V. 2004. N 3. P. 2359–2366.
3. Гриценко П.А., Кремлев А.С., Шмигельский Г.М. Управление движением квадрокоптера по заранее заданной траектории // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 4 (86). С. 22–25.
4. Derafa L., Madani T., Benallegue A. Dynamic modelling and experimental identification of four rotors helicopter parameters // Proceedings of the IEEE International Conference on Industrial Technology. 2006. Art. 4237837. P. 1834–1839.
5. Altug E., Ostrowski J.P., Mahony R. Control of a quadrotor helicopter using visual feedback // Proceedings –IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2002. V. 1. P. 72–77.
6. Waslander S.L., Hoffmann G.M., Jang J.S., Tomlin C.J. Multi-agent quadrotor testbed control design: integral sliding mode vs. reinforcement learning // IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, IROS. 2005. Art. 1545025. P. 468–473.
7. Yang C.C., Lai L.C., Wu C.J. Time optimal control of a hovering quadrotor helicopter // IEEE ICSS International Conference on Systems and Signals. 2005. P. 295–300.
8. Catillo P., Loranzo R., Dzul A. Stabilization of a mini-rotorcraft having four rotors // 2004 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). 2004. V. 3. P. 2693–2698.
9. Фуртат И.Б. Робастное субоптимальное управление боковым движением летательного аппарата в режиме захода на посадку // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 3 (85). С. 51–55.
10. Lindsey Q., Mellinger D., Kumar V. Construction of cubic structures with quadrotor teams // Robotics: Science and Systems VII. 2012. P. 177–184.
11. Willmann J., Augugliaro F., Cadalbert T., D'Andrea R., Gramazio F., Kohler M. Aerial robotic construction towards a new field of architectural research // International Journal of Architectural Computing. 2012. V. 10. N 3. P. 439–460.
12. Фуртат И.Б. Субоптимальное управление нелинейными мультиагентными системами // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 1 (83). С. 19–23.
13. Pounds P., Bersak D., Dollar A. Grasp from the air: hovering capture and load stability // IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. San Francisco, 2011. P. 2491–2498.
14. Bisgaard M., la Cour-Harbo A., Bendtsen J. Adaptive control system for autonomous helicopter slung load operations // Control Engineering Practice. 2010. V. 18. N 7. P. 800–811.
15. Palunko I., Fierro R., Cruz P. Trajectory generation for swing-free maneuvers of a quadrotor with suspended payload: a dynamic programming approach // Proc. IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2012. Art. 6225213. P. 2691–2697.
16. Michael N., Fink J., Kumar V. Cooperative manipulation and transportation with aerial robots // Autonomous Robots. 2011. V. 30. N 1. P. 73–86.
17. Lippiello V., Ruggiero F. Exploiting redundancy in Cartesian impedance control of UAVs equipped with a robotic arm // IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2012. Art. 6386021. P. 3768–3773.
18. Korpela C.M., Danko T.W., Oh P.Y. MM-UAV: mobile manipulating unmanned aerial vehicle // Journal of Intelligent and Robotic Systems: Theory and Applications. 2012. V. 65. N 1–4. P. 93–101.
19. Lippiello V., Ruggiero F. Cartesian impedance control of a UAV with a robotic arm // IFAC Proceedings Volumes. 2012. V. 10. N Part 1. P. 704–709.
20. Spong M.W., Hutchinson S., Vidyasagar M. Robot Modeling and Control. Wiley, 2005. 496 p.


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2018 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика