Индустриальные информационные системы - 2013

г. Новосибирск, 24-28 сентября 2013 г.

Котов К.Ю.   Мальцев А.С.   Соболев М.А.  

Траекторное управление автономной мобильной платформой для экологического мониторинга, аэрофотосъемки и исследования наземных объектов с воздуха

Докладчик: Котов К.Ю.

Доклад посвящен разработке системы управления квадророторным летательным аппаратом (квадрокоптером) [1-10] AR.Drone, построенном по классической для этих аппаратов четырехвинтовой схеме. Цель управления состоит в переводе аппарата из точки с произвольными координатами на траекторию, задаваемую в виде функции в пространстве координат и организации последующего движения аппарата вдоль заданной траектории на требуемой высоте и скорости. Используется модель аппарата из [13].
В работе применена авторская методика [11-12] определения управляющих воздействий, гарантирующая движение аппарата по желаемой траектории. Для этого вводятся функции отклонения от желаемых параметров полета (высоты, скорости и траектории) и находится управление для каждого двигателя из условия равенства нулю функций отклонения. Для получения оценок зашумленных входных  данных используется расширенный фильтр Калмана [14].
Для исследования вопросов устойчивости и качества регулирования проведен ряд экспериментов по управлению полетом квадрокоптера в помещении по траекториям различного вида. В работе приведено сравнение полученных данных с результатами численного моделирования и показана работоспособность системы управления при существенной кривизне желаемой траектории, наличии шумов измерений и атмосферных возмущений.

Список литературы
1. Pines D. J., Bohorquez F. Challenges facing future micro-air-vehicle development // Journal of Aircraft. 2006. Vol. 43, No. 2. Pp. 290–305.
2. Bouabdallah Samir. Design and control of an indoor micro quadrotor // In Proc. of Int. Conf. on Robotics and Automation. 2004.
3. P.J. Bristeau, F. Callou, D. Vissiere, N. Petit The navigation and control technology inside the ar.drone micro uav // 18th IFAC World Congress. Milano, Italy: 2011. Pp. 1477–1484.
4. M. Cutler, N. Kemal Ure, B. Michi-ni, J. P. How. Comparison of fixed and variable pitch actuators for agile quadrotors. // AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference (GNC). Portland, OR. 2011.
5. Gabriel M. Hoffmann, Hao-miao Huang, Steven L. Wasl, Er Claire J. Tomlin. Quadrotor helicopter flight dynamics and control: Theory and experiment // In Proc. of the AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference. 2007.
6. Beji Lotfi, Abichou Azgal. Trajectory generation and tracking of a mini-rotorcraft // Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA 2005. Barcelona, Spain. IEEE, 2005. Pp. 2618–2623.
7. Белинская Ю. С. Четвериков В. Н. Управление четырехвинтовым вертолетом // Наука и образование. 2012. No 5. С. 157–171.
8. Bouabdallah Samir. Backstepping and sliding-mode techniques applied to an indoor micro quadrotor // In Proceedings of IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation. — 2005. Pp. 2247–2252.
9. Mellinger D., Kumar V. Minimum snap trajectory generation and control for quadrotors // Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). 2011.
10. Engel J., Sturm J., Cremers D. Accurate figure flying with a quadrocopter using onboard visual and inertial sensing // Proc. of the Workshop on Visual Control of Mobile Robots (ViCoMoR) at the IEEE/RJS International Conference on Intelligent Robot Systems (IROS). 2012.
11. Золотухин Ю.Н., Нестеров А.А. Управление перевёрнутым маятником с учётом диссипации энергии // Автометрия. 2010. No 5. С. 3–11.
12. Управление параметрами полета квадрокоптера при движении по заданной траектории / С.А. Белоконь, Ю.Н. Золотухин, А.С. Мальцев, А.А. Нестеров, М.Н. Филиппов, А.П. Ян // Автометрия. 2012. No 5. С. 32–41.
13. J. Kim, M.-S. Kang, S. Park. Accurate modeling and robust hovering control for a quadrotor vtol aircraft // J. Intell. Robotics Syst. 2010. Vol. 57, No. 1-4. Pp. 9–26.
14. Kalman R. E. A new approach to linear filtering and prediction problems. 1960. Vol. 82. Pp.35–45.