Розробка та комп'ютерна реалізація моделі руху та алгоритмів управління гібридного мультикоптера

Abstract

Серед сучасних безпілотних літальних апаратів особливе місце займають гібридні мультикоптери, в яких для створення підйомної сили поряд з електричними двигунами використовуються також двигуни внутрішнього згоряння. Вони можуть нести більш тяжке навантаження більш тривалий час. Але поєднання більш потужного двигуна з менш потужними, змінність інерційних характеристик в процесі польоту, значно ускладнюють динаміку такого об’єкту та його управління. Тому майже відсутній практичний досвід експлуатації, що мотивує проведення дослідження та розробок для практичної реалізації подібних апаратів. Розглянуто мультикоптер гелікоптерного типу с п’ятьма електричними двигунами (4+1 на хвості) та центральним двигуном внутрішнього згоряння. Створено математичний опис динаміки і кінематики апарата з метою комп’ютерного моделювання керованого польоту. Опис враховує всі внутрішні взаємодії динамічних чинників та дається одночасно відносно інерціальної та зв’язаної систем координат, що максимально спрощує розв’язання задачі управління польотом. Для останнього розроблено багатоконтурну схему управління рухом за допомогою двигунів. В основі алгоритмів – декомпозиція задачі за умов типових режимів руху та метод модального управління, який забезпечує бажані перехідні процеси. Описано універсальний автомат взаємодії алгоритмів управління кожним двигуном. Проведено моделювання типової програми польоту, яка містить набір висоти, зміну курсу, прямування до встановленої точки зависання та посадка під нею. Наведені результати засвідчили працездатність алгоритмів та визначили напрями подальшого дослідження. Результати у формі математичної моделі, методів декомпозиції та конкретних алгоритмів можуть бути використані у процесі проектування системи управління мультикоптера гібридного типу.