В. М. Бардов ниу итмо, Санкт-Петербург Летающая платформа для фото и видео съемки 1 в работе ставится задача - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Программа санкт-Петербург 2013 16 1585.47kb.
Общие требования 1 134.84kb.
Предположительно! 8 апреля 2013 года на факультете экономики ниу... 1 27.3kb.
Результаты 2-го тура Открытой студенческой олимпиады по информатике... 1 19.23kb.
«санкт-петербург» приехал из литвы 1 25.92kb.
Проблемы здоровья и экологии 37 3774.01kb.
«Олимпиада талантов ниу итмо 2012» 1 93.26kb.
Распределение сотрудников ниу итмо, повысивших квалификацию, по странам 1 84.86kb.
Курсовая работа по дисциплине «Общий курс транспорта» 1 336.46kb.
Годовой контракт. Скидка 35% на абонентскую плату 1 76.08kb.
Г. Санкт-Петербург 4-5 сентября Санкт-Петербург 11 2144.82kb.
1. История возникновения ос 1 Возникновение ос 3 460.81kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

В. М. Бардов ниу итмо, Санкт-Петербург Летающая платформа для фото и видео съемки - страница №1/1

УДК 681.51
В. М. БАРДОВ
НИУ ИТМО, Санкт-Петербург
Летающая платформа для фото и видео съемки1
В работе ставится задача разработки и реализации летательного аппарата, способного переносить фото- и видео- записывающее оборудование. В качестве механической платформы предложено использовать мультикоптер. Основной упор сделан на разработку адаптивной системы бортового управления.
Введение
В настоящее время для решения широкого круга задач в некоторых странах Северной Америки и Западной Европы активно используются мультикоптеры – вертолеты с тремя и более двигателями, расположенными в углах правильного многоугольника. Разработкой данных аппаратов занимаются такие всемирно известные высшие учебные заведения как Массачусетский Технологический Институт (США), Авиационный Университет штата Флорида (США), Индийский Технологический институт и др.

Среди основных достоинств летательных аппаратов данного типа можно выделить следующие:



  • простота конструкции – отсутствие дифференциалов, как у классической модели вертолета;

  • маневренность – в отличие от самолетов или планеров, мультикоптер способен перемещаться в любом направлении и даже зависать на месте;

  • большая грузоподъемность – характеризуется использованием более чем 3 двигателей с высоким КПД.

Таким образом, данная конструкция является наиболее приемлемой для использования в качестве несущей платформы фото и видео оборудования.

Анализ имеющихся в продаже мультикоптеров показал, что большинство систем управления построено на основе классических методов теории управления – ПИД-регуляторах и линейно-квадратичных регуляторах [2, 3 и 4]. Таким образом, при любом изменении параметров платформы (например, массы несущей нагрузки при смене оборудования) необходимо перенастраивать коэффициенты регулятора, при этом процесс выбор коэффициентов осуществляется методом подбора.

Предлагаемый доклад посвящен разработке системы управления адаптивной к изменению параметров мультикоптера.
Разработка адаптивной системы управления квадрокоптером
Постановка задачи

Рассматривается задача управления квадрокоптером (летательным аппаратом с четырьмя бесколлекторными электродвигателями) при следующих допущениях:



  • раму квадрокоптера будем считать абсолютно жесткой;

  • детали, из которых изготовлен аппарат одинаковые по плотности и массе, т.е. мультикоптер имеет идеальную симметричную конструкцию.

Схематическое изображение квадрокоптера представлено на рисунке 1, где и   подъемные силы первого, второго, третьего и четвертого двигателей соответственно;   сила тяжести, действующая на квадрокоптер;    центр масс аппарата; и   углы поворота относительно осей и соответственно.

Рис. 1. Упрощенное представление квадрокоптера в пространстве


Линеаризованная математическая модель квадрокоптера описывается следующей системой дифференциальных уравнений [3, 5 и 6]:

(1)

где    масса платформы;    ускорение свободного падения; и   матрицы инерции; и    сигналы управления, подаваемые на первый, второй, третий и четвертый двигатели соответственно, рассчитываемые по формуле:



(2)

где и    скорости вращения первого, второго, третьего и четвертого двигателей соответственно;    длина луча квадрокоптера; и    фактор тяги и коэффициент сопротивления.

Таким образом, для достижения желаемых сигналов управления решается обратная задача:

(3)

Сформулируем задачу управления квадрокоптером, как задачу обеспечения желаемых координат и таких, что:



(4)

где и   оценки параметров и соответственно.


Синтез регулятора

В качестве закона управления используем метод последовательного компенсатора [1]:



(5)

(6)

где число    сигнал управления; и полином степени выбираются таким образом, чтобы передаточная функция была строго вещественно положительной;    вектор переменных состояний; (подробнее см. [1]), а коэффициенты рассчитываются из требований асимптотической устойчивости системы (6) при нулевом входе .

Закон управления (5), (6) является технически реализуемым, так как содержит известные или измеряемые сигналы.
Компьютерное моделирование

Для иллюстрации предложенного метода проведем компьютерное моделирование со следующими параметрами системы (1) (размерности коэффициентов соответствуют СИ и в данном примере опущены):



(7)

где    масса одного двигателя;    радиус центральной платформы (для упрощения она представляется в форме сферы массой );    максимальная скорость двигателя.

Матрицы инерции рассчитываются по формулам:

; (8)

Для системы (1) для каждого параметра получим закон управления общего вида:



(9)

Для наглядности приведем результаты компьютерного моделирования только алгоритма стабилизации высоты при и различных параметрах (рисунок 2, 3).


Рис. 2. Результаты компьютерного моделирования алгоритма стабилизации высоты при


Рис. 3. Результаты компьютерного моделирования алгоритма стабилизации высоты при


Заключение
В данном докладе была рассмотрена задача синтеза адаптивного алгоритма управления квадрокоптером. Полученный регулятор обладает рядом преимуществ, в сравнении с используемыми в большинстве моделей классическими методами: стабилизация параметров осуществляется независимо от изменения массы нагрузки; в целом, алгоритм адаптивен по отношению к вариации параметров модели и неучтенной динамике [1]. В ходе дальнейшей работы планируется апробация данного закона управления на реальном объекте.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бобцов А. А. Робастное управление по выходу линейной системой с неопределенными коэффициентами // Автоматика и телемеханика. 2002. №11. С. 108–117.

2. Arda Özgur Kivkar Design of control systems for a quadrorotor flight vehicle equipped with inertial sensors // Master thesis, Atilim University. 2006.

3. Bouabdallah S., Noth A., Siegwart R. PID vs LQ control techniques applied to an indoor micro quadrotor // Intelligent Robots and Systems, 2004. (IROS 2004). С. 2451 – 2456, 2004.

4. Michael A. Demetriou. Design optimization of aquad-rotor capable of autonomous flight // Bachelor thesis, Worchester Polytechnic institute. 2009.

5. Samir Bouabdallah, Pierpaolo Murrieri, Roland Siegwart Design and control of an indoor micro quadrotor // Robotics and Automation. Proceedings. ICRA ’04. Vol. 5. С. 4393-4398. 2004.

6. Tommaso Bresciani Modeling, identification and control of a quadrotor helicopter // Master thesis, Lund University. 2008.



Текст доклада согласован с научным руководителем

_______________ Бобцов Алексей Алексеевич



НИУ ИТМО, профессор.

1 Научный руководитель: профессор, декан, Бобцов Алексей Алексеевич






Любой человек, оставивший 10 000 долларов после своей смерти, — неудачник. Фраза Эррола Флинна, помещен
ещё >>