Оптимизация и моделирование посадочной траектории для мини-БПЛА с учетом ограничений на управление и посадочную скорость


DOI: 10.34759/trd-2023-130-21

Авторы

Нгуен Н. Д.1*, Доан Т. Т.1**, Нгуен Т. Т.1***, Чан К. М.1****, Нгуен К. А.1*****, Нго В. Т.2******

1. Государственный технический университет им. Ле Куи Дона, ул. Хоанг Куок Вьет, 236, Ханой, Вьетнам
2. Академия ПВО-ВВС, Ханой, Вьетнам

*e-mail: bauman252@lqdtu.edu.vn
**e-mail: tuandoanthe@yahoo.com.vn
***e-mail: tungnt@lqdtu.edu.vn
****e-mail: minhtq@lqdtu.edu.vn
*****e-mail: quanganh.vt85@gmail.com
******e-mail: toantbhk@gmail.com

Аннотация

В статье представлен метод оптимизации посадочной траектории мини-БПЛА с учетом ограничений на управление и посадочную скорость, а также способ сопровождения найденной траектории. Выбранными оптимальными управлениями являются именно нормальная и тангенциальная перегрузки. Критерий оптимальности представлен в виде Больца, включающая точность приземления и расхода топлива БПЛА. Применение принципа максимума Понтрягина превращает задачу оптимального управления в краевую задачу, которая решается методом продолжения по параметру. Чтобы проверить оптимальную траекторию, конкретный тип БПЛА выбран для моделирования сопровождения вышеупомянутой траектории с помощью программного обеспечения Matlab Simulink. Результаты показывают, что применение алгоритма сопровождения оптимальной траектории обеспечивает точность и безопасность посадки БПЛА.

Ключевые слова:

оптимизация траектории, метод продолжения по параметру, нормальная перегрузка, тангенциальная перегрузка, алгоритма сопровождения траектории, ограничение на управление

Библиографический список

  1. Horla D., Cieślak J. On obtaining energy-optimal trajectories for landing of UAVs // Energies, 2020, vol. 18 (8), pp. 2062. DOI:3390/en13082062
  2. Rucco A., Aguiar A.P., Hauser J. Trajectory optimization for constrained UAVs: A virtual target vehicle approach // In 2015 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), 2015, Denver, CO, USA, 236-245. DOI:10.1109/ICUAS.2015.7152296
  3. Enright W.H. Continuous numerical methods for ODEs with defect control // Journal of Computational and Applied Mathematics, 2000, vol. 125 (1-2), pp. 159-170. DOI: 1016/S0377-0427(00)00466-0
  4. Petukhov V.G. Method of continuation for optimization of interplanetary low-thrust trajectories // Cosmic Research, 2012, vol. 50 (3), pp. 249-261. DOI: 1134/S0010952512030069
  5. Fountoulakis E., Paschos G.S., Pappas N. UAV Trajectory Optimization for Time Constrained Applications // IEEE Networking Letters, 2020, vol. 2 (3), pp. 136-139. DOI: 1109/LNET.2020.3007310
  6. Gong J., Xie R. Trajectory optimization of unmanned aerial vehicle in vertical profile // In International Conference on Intelligent Robotics and Applications. Springer, Berlin, Heidelberg, 2012, 404-410.
  7. Sun S., Fan G., Fan Y. Trajectory Optimization of Unmanned Aerial Vehicle’s Ascending Phase based on hp Adaptive Pseudospectral Method // In 3rd International Conference on Computer Engineering, Information Science & Application Technology (ICCIA 2019), Atlantis Press, 2019, pp. 523-533. DOI: 2991/iccia-19.2019.82
  8. Visintini A., Perera T.D.P., Jayakody D.N.K. 3-D Trajectory Optimization for Fixed-Wing UAV-Enabled Wireless Network // IEEE Access, 2021, vol. 9, pp. 35045-35056. DOI: 1109/ACCESS.2021.3061163
  9. Cuong N.D. Modeling and simulating the motion of autonomous flying devices, People’s Army Publisher, Hanoi, 2002.
  10. Dien N. N., Van Toan N. Optimization of UAV landing taking into consideration of limitation on control based on solution of the boundary value problem by the parameter continuation // In Journal of Physics: Conference Series, IOP Publishing, 2019, vol. 1172, no. 1. DOI:1088/1742-6596/1172/1/012075
  11. Fluent Inc. Ansys Fluent 15 Users Guide, 2013. URL: https://vdocument.in/ansys-fluent-tutorial-guide-r-15.html?page=1
  12. Александров А.А. Оптимальное управление летательным аппаратом с учётом ограничений на управление: автореферат дисс. канд. техн. наук. — Санкт Петербург, 2009, 134 с.
  13. Kabanov S.A., Aleksandrov A.A. Applied optimal control problems, Saint Petersburg, Baltic State Technical University, 2007.
  14. Dikusar V.V., Koska M., Figura A. A Parameter Extension Method for Solving Boundary Value Problems in Optimal Control Theory // Differential Equations, 2001, vol. 37 (4), pp. 479-484. DOI:1023/A:1019271321833
  15. Петухов В.Г. Применение угловой независимой переменной и ее регуляризирующего преобразования в задачах оптимизации траекторий с малой тягой // Космические исследования. 2019. Т. 57, № 5. С. 373-385. DOI: 1134/S0023420619050066
  16. Лёб Х.В., Могулкин А.И., Обухов В.А., Петухов В.Г. Анализ многоразового лунного транспортного корабля, использующего ядерную энергетическую установку // Труды МАИ. 2013. № URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=44497
  17. Konstantinov M.S., Petukhov V.G., Leb Kh.V. Application of RIT-22 Thruster for InterhelioProbe Mission // Trudy MAI, 2012, no. 60. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=35420
  18. Лёб Х.В., Петухов В.Г., Попов Г.А. Гелиоцентрические траектории космического аппарата с ионными двигателями для исследования Солнца // Труды МАИ. 2011. № 42. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=24275
  19. Kuznetsov E.B. Optimal parametrization in numerical construction of curve // Journal of the Franklin Institute, 2007, vol. 344, pp. 658-671. DOI:1016/j.jfranklin.2006.02.036
  20. Hairer E., Wanner G. Solving Ordinary Differential Equations I: Nonstiff Problems. Springer-Verlag, Berlin, 1993. DOI: 10.1007/978-3-540-78862-1

Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход