Особливості планування траєкторій для квадрокоптерів

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.18372/1990-5548.69.16427

Ключові слова:

траєкторії Дубінса, горизонтальний політ, Simulink-моделі, квадрокоптер, голономні системи, неголономні системи, безпілотні літальні апарати

Анотація

У статті досліджується процес планування траєкторій під час польоту квадрокоптера. Проаналізовано типові траєкторії польотів дронів. Наведено структурну схему системи керування в неголономному випадку для горизонтального польоту. Представлено порівняльний аналіз найбільш поширених траєкторій. Проаналізовано можливість використання двох типів траєкторії Дубінса. Запропоновано введення полярних координат для формування траєкторій польоту. Запропоновано обґрунтований вибір траєкторій квадрокоптера для різних випадків голономної та неголономної замкнутих систем керування. Проаналізовано переваги та недоліки планування траєкторій у кожному з цих випадків. Розроблено Simulink-моделі для генераторів траєкторій квадрокоптера. Наведено результати моделювання процесу генерації цих траєкторій. Показано можливості MATLAB для моделювання траєкторій польоту. Отримані результати можуть бути застосовані для безпілотних літальних апаратів різних типів.

Біографії авторів

Анатолій Азарійович Тунік , Національній авіаційний університет

Науково-навчально центр «Аерокосмічний центр»

Доктор технічних наук. Професор

Володимир Борисович Ларін , Національній авіаційний університет

Інститут механіки ім. С.П. Тимошенка НАН України

Доктор фізико-математичних наук. Професор

Ольга Андріївна Сущенко , Національній авіаційний університет

Факультет аеронавігації, електроніки та телекомунікацій

Доктор технічних наук. Професор

Світлана Іванівна Ільницька , Національній авіаційний університет

Науково-навчально центр «Аерокосмічний центр»

Кандидат технічних наук. Старший науковий співробітник

Посилання

H. Shakhatreh et al., "Unmanned Aerial Vehicles (UAVs): A Survey on Civil Applications and Key Research Challenges," in IEEE Access, vol. 7, pp. 48572–48634, 2019, https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2909530.

M. Abdelkader, S. Guler, H. Jaleel, J.S. Shamma. “Aerial Swarms: Recent Applications and Challenges”. Current Robotics Report, Issue 2, 309–320, (2021). https://doi.org/10.1007/s43154-021-00063-4

M. Mozaffari et al., “A Tutorial on UAVs for Wireless Networks: Applications, Challenges, and Open Problems.”, IEEE Communications Surveys and Tutorials, 2019, 21(3): pp. 2334–60. https://doi.org/10.1109/COMST.2019.2902862.

A. Tunik, K. Rydlo, O.Savchenko, K. Melnik . Computer-Aided Design of the Stability and Controllability Augmentation System. Proc. of Intern. Conf. “Actual Problems of Unmanned Aerial Vehicles Developments” , Kyiv, NAU.-Oct.13-15, 2015, pp. 73–79. https://doi.org/10.1109/APUAVD.2015.7346563

R. W. Beard and T. W. McLain, “Small Unmanned Aircraft. Theory and Practice,” Princeton University Press, 2012. https://doi.org/10.1515/9781400840601

L .E. Dubins, "On curves of minimal length with a constraint on average curvature and with prescribed initial and terminal positions and tangents," American Journ. of Math., vol 79, no. 3, July 1957, pp. 497–516. https://doi.org/10.2307/2372560

A. A. Tunik, S. I. Ilnytska, and O. A. Sushchenko, "Hierarchical and Heterogeneous Leader-follower Formation for Quadrotor’s Outdoor Application," Proc. of IEEE 5th Intern. Conf. “Actual Problems of Unmanned Aerial Vehicles Developments,” Kyiv, NAU, Oct. 19-21, 2021, pp. 11–16.

G. M. Hoffman, S. L. Waslander, and C. J. Tomlin, “Quadrotor Helicopter Trajectory Tracking Control,” Proc. of the AIAA Guidance, Navigation and Control Conference and Exhibition, 18-21 August 2008, Hawaii, Honolulu, pp. 1–14. https://doi.org/10.2514/6.2008-7410

A. A. Tunik, S. I. Ilnytska, O. A. Sushchenko, "Synthesis of Quadrotor Robust Guidance and Control System via Parametrization of all Stabilizing H-infinity State Feedback Gains," Electronics and Control Systems, Kyiv: Osvita Ukrainy, no. 4(62), pp. 33–41, 2019. https://doi.org/10.18372/1990-5548.62.14379

V. B. Larin and A. A.Tunik, "Two-stage Procedure of Hinf – Parameterization of Stabilizing Controllers Applied to Quadrotor Flight Control," TWMS Journal of Pure and Applied Mathematics, vol. 12, no.2, pp. 199–208, 2021.

A. A. Tunik, "Simplified Path Tracking Control Laws for Quad-rotor Considered as Nonholonomic System," Proceedings of 2018 IEEE 5th International Conference “Methods and Systems of Navigation and Motion Control”, Kyiv, Ukraine, 2018, pp. 83–89. https://doi.org/10.1109/MSNMC.2018.8576316

Y. Bouzid, Y. Bestaoui, H. Siguerdidjane and M. Zareb, "Quadrotor Guidance-Control for flight like nonholonomic vehicles," 2018 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), 2018, pp. 980-988, https://doi.org/10.1109/ICUAS.2018.8453367.

A. Sánchez-Orta et al., "Aerial Following of a Non-holonomic Mobile Robot subject to Velocity Fields: A Case Study for Autonomous Vehicles Surveillance," 2020 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), 2020, pp. 1093–1102, https://doi.org/10.1109/ICUAS48674.2020.9214053.

H. Bouadi, F. Mora-Camino, and D. Choukroun, “Space-Index Control for Aircraft Vertical Guidance with Time Constraint”, Journal for Guidance, Control and Dynamics, vol. 37, no. 4, 2014, https://doi.org/10.2514/1.62118.

V. B. Larin and A. A. Tunik, "Synthesis of the Quad-Rotor Control Algorithms in the Basic Flight Modes," TWMS Journal of Pure and Applied Mathematics, vol. 9, no. 2, pp. 147–158, 2018.

Y.Ding, X. Wang, Y. Bai and N. Cu. "High-precision prescribed-time path following for quadrotor," International Journal of Advanced Robotic Systems. March-April, 2020, pp. 1–18. https://doi.org/10.1177/1729881420920058

C. Yong and E. J. Barth, "Real-time Dynamic Path Planning for Dubins' Nonholonomic Robot," Proc. of the 45th IEEE Conf. on Decision & Control, San Diego, CA, USA, December 13–15, 2006, pp. 2418 – 2423. https://doi.org/10.1109/CDC.2006.377829

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-21

Номер

Том 3 № 69 (2021)

Розділ

АВТОМАТИЗАЦІЯ ТА КОМП’ЮТЕРНО-ІНТЕГРОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ

Ліцензія

Authors who publish with this journal agree to the following terms:

Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.

Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.

Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).