СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ, ОСНАЩЕННЫМ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИМ МАНИПУЛЯТОРОМ

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.

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.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License