Моделирование системы управления полетом квадрокоптера в среде Simulink и Simscape Multibody


DOI: 10.34759/trd-2020-112-20

Авторы

Калягин М. Ю.*, Волошин Д. А.**, Мазаев А. С.***

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: mukalyagin@yandex.ru
**e-mail: dmitry_21@mail.ru
***e-mail: mr8bit@ yandex.ru

Аннотация

В работе приведены результаты моделирования системы управления полетом беспилотного летательного аппарата типа квадрокоптер в среде Simulink/MATLAB.

Разработаннпя математическая модель квадрокоптера, построенная в CAD-системе SolidWorks, экспортирована в Simscape Multibody. На ее основе разработана система управления на основе пропорционально-интегрально-дифференцирующего (ПИД) регулятора. Имитационное моделирование системы управления квадрокоптером завершилось экспортом системы управления, разработанной в среде Simulink.

Описанный подход к моделированию системы управления позволяет произвести оценку системы управления квадрокоптером и воспроизвести динамику полета реального физического объекта.

Ключевые слова:

квадрокоптер, математическая модель, Simulink, системы управления

Библиографический список

  1. Jatsun S. F. et al. Investigation of Oscillations of a Quadcopter Convertiplane in Transient Mode in the Vertical Longitudinal Plane // Proceedings of 14th International Conference on Electromechanics and Robotics “Zavalishin's Readings”, Springer, Singapore, 2020, pp. 345 – 358. DOI: 10.1007/978-981-13-9267-2_28

  2. Zulu A., John S. A review of control algorithms for autonomous quadrotors // Open Journal of Applied Sciences, 2014, no. 4, pp. 547 – 556. DOI: 10.4236/ojapps.2014.414053

  3. Jatsun S. et al. Control flight of a UAV type tricopter with fuzzy logic controller // XIII International scientific and technical conference "Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines", 2017, pp. 1 - 5. DOI: 10.1109/Dynamics.2017.8239459

  4. Mellinger D., Kumar V. Control and Planning for Vehicles with Uncertainty in Dynamics // Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2010, pp. 960 – 965. DOI: 10.1109/ROBOT.2010.5509794

  5. Tang S., Wüest V., Kumar V. Aggressive Flight with Suspended Payloads Using VisionBased Control // IEEE Robotics and Automation Letters, 2018, vol. 3, issue 2, pp. 1152 – 1159. DOI:10.1109/LRA.2018.2793305

  6. Mustapa Z. et al. Altitude controller design for multi-copter UAV // 2014 International Conference on Computer, Communications, and Control Technology (I4CT), 2014, pp. 382 – 387. DOI: 10.1109/I4CT.2014.6914210

  7. Калмурзаева Д.К., Багинова В.В. Беспилотные летающие аппараты как инструмент логистики нового поколения. URL: https://internationalconference.ru/ images/PDF/2017/24/bespilotnye-letayushchie-apparaty.pdf

  8. Мусалимов В.М., Заморуев Г.Б., Калапышина И.И., Перечесова А.Д., Нуждин К.А. Моделирование мехатронных систем в среде MATLAB (Simulink / SimMechanics): учебное пособие для высших учебных заведений. – СПб: НИУ ИТМО, 2013. – 114 с.

  9. Beji L., Abichou A., Slim R. Stabilization with Motion Planning of a Four Rotor Mini-rotorcraft for Terrain Missions Fourth // Int. Conf. on Intelligent Systems Design and APPlications (ISDA), 2004, pp. 335 - 340.

  10. Chen Y., Chen R., Su J., Simulation design on the 6-dof parallel vibration platform Based on SimMechanics and Virtual Reality // World Automation Congress (WAC), 2012.

  11. Mahony R., Kumar V., Corke P. Multirotor aerial vehicles: Modeling, estimation, and control of quadrotor // IEEE Robotics and Automation Magazine, 2012, vol. 19, no. 3, pp. 20 - 32. DOI: 10.1109/MRA.2012.2206474

  12. Козорез Д.А., Обрезков И.В., Тихонов К.М., Тишков В.В. Разработка комплексной модели решения вертолётом функциональной задачи // Труды МАИ. 2012. № 62. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=35567

  13. Тихонов К.М., Тишков В.В. SimMechanicsMatlab как средство моделирования динамики сложных авиационных робототехнических систем // Труды МАИ. 2010. № 41. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=23815

  14. Дивеев А.И., Конырбаев Н.Б. Управление группой квадрокоптеров методом вариационного аналитического программирования // Труды МАИ. 2017. № 96. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=85774

  15. Огольцов И.И., Рожнин Н.Б., Шеваль В.В. Разработка математической модели пространственного полета квадрокоптера // Труды МАИ. 2015. № 83. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=62031

  16. Krajník T., Vonásek V., Fišer D., Faigl J. AR-drone as a platform for robotic research and education // International Conference on Research and Education in Robotics, 2011, pp. 172 - 186. DOI: 10.1007/978-3-642-21975-7_16

  17. Lara D., Romero G., Sanchez A., Lozano R., Guerrero A. Robustness margin for attitude control of a four rotor mini-rotorcraft // Mechatronics, 2010, vol. 20, no. 1, pp. 143 - 152. DOI: 10.1016/j.mechatronics.2009.11.002

  18. Bouabdallah S., Murrieri P., Siegwart R. Design and control of an Indoor micro quadrotor // Proceedings IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2004, vol. 5, no. 5, pp. 4393 – 4398. DOI: 10.1109/ROBOT.2004.1302409

  19. Дьяконов В.П. MATLAB 6.5 SP1 + Simulink 5 и MATLAB 7 + Simulink 6 в математике и математическом моделировании. - M.: СОЛОН-Пресс, 2005. – 576 c.

  20. Bouabdallah S., Clavel R. Siegwart Design and control of quadrotors with aррlication to autonomous flying. Thèse NO 3727, A la faculté des sciences et techniques de l'ingénieur: Laboratoire de systèmes autonomes 1, Section de microtechnique Lausanne, EPFL, 2007, 155 p.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход