Угловая стабилизация мультироторного летательного аппарата в атмосфере Венеры


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Рассмотрена проблема стабилизации углового положения МРЛА (мультироторного летательного аппарата) для исследования атмосферы Венеры. Актуальность темы обусловлена необходимостью получения детальных данных о нижних слоях венерианской атмосферы, что важно для понимания климатических процессов в Солнечной системе в целом. Цель исследования - разработка системы управления на основе пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора для обеспечения устойчивости и маневренности МРЛА в условиях турбулентной атмосферы Венеры. В исследовании проведено математическое моделирование углового движения МРЛА с учетом аэродинамических воздействий и ветровых возмущений. Для стабилизации ориентации аппарата использован пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, параметры которого оптимизировались методом Нелдера - Мида с применением численного интегрирования уравнений движения. В результате разработана система дифференциальных уравнений, описывающая динамику углового движения МРЛА. Проведена автоматизация подбора коэффициентов регулятора, обеспечивающая минимизацию отклонений ориентации аппарата при воздействии случайных ветровых возмущений. Численное моделирование подтвердило эффективность предложенного алгоритма стабилизации. Предложенный подход к автоматизированному подбору параметров пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора позволяет минимизировать интегральную ошибку ориентации и улучшить динамические характеристики системы управления летательного аппарата мультикоптерного типа. Разработанный алгоритм стабилизации может быть использован для управления летательными аппаратами в сложных атмосферных условиях, включая сильные возмущения, характерные для облачного слоя Венеры.

Об авторах

Владислав Валентинович Рыжков

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: dinozavr.ru@mail.ru
ORCID iD: 0009-0008-2756-8479
SPIN-код: 2911-4515

аспирант кафедры 604 «Системный анализ и управление»

Российская Федерация, 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

Список литературы

  1. Moroz VI. The atmosphere of Venus. Soviet Physics Uspekhi. 1971;14(3):317. https://doi.org/10.1070/PU1971v014n03ABEH004705
  2. Kliore AJ, Moroz VI, Keating GM. The Venus International Reference Atmosphere. Advances in Space Research. 1985;5(11):1–2. https://doi.org/10.1016/0273-1177(85)90196-6
  3. Yatsenko MYu, Vorontsov VA, Ryzhkov VV. Re-view of problematic issues in creation of a multirotor aircraft for Venus exploration. Engineering Journal: Science and Innovation. 2023;(2):8. (In Russ.) https://doi.org/10.18698/2308-6033-2023-2-2255 EDN: YFMKKG
  4. Yatsenko MYu, Vorontsov VA, Ryzhkov VV. Sys-tems engineering study of a multirotor aircraft as a pro-mising tool for studying the atmosphere and surface of Venus. Spacecraft and Technologies. 2023;7(3):220–226. (In Russ.) https://doi.org/10.26732/j.st.2023.3.06 EDN: UNAKMH
  5. Denisenko VV. PID regulators: principles of con-struction and modifications. Systems and Automation Devices. 2006;(4):66–74. (In Russ.) Available from: https://www.cta.ru/cms/f/342946.pdf (accessed: 12.11.2024)
  6. Liu F. Comparative analysis of PID controller tuning methods. Scientific Researches. 2023;23–26. (In Russ.) Available from: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/51524 (accessed: 12.11.2024)
  7. Lobaty AA, Gu P. Mathematical modeling of move-ment of multi-rotor type aircraft. System analysis and appliied information science. 2023;(1):10–15. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/2309-4923-2023-1-10-15 EDN: KFOYKO
  8. Sablina GV, Markova VA. Tuning of PID controller parameters in a system with a second-order object with delay. Avtometriya. 2022;58(4):110–117. (In Russ.) https://doi.org/10.15372/AUT20220411 EDN: RIZPWY
  9. Byushgens GS, Studnev RV. Dynamics of the Aircraft. Spatial Movement. Moscow: Mashinostroenie Publ.; 1983. (In Russ.)
  10. Aslanov VS, Ledkov A. Attitude dynamics and control of space debris during ion beam transportation. Amsterdam: Elsevier Publ.; 2023. 312 p. ISBN 978-0-32399-299-2 ISBN 978-0-32399-300-5
  11. Ivanov AM, Belyaev FS, Volkov AE, Belyaev SP, Resnina NN. Application of the Nelder-Mead method for optimizing the selection of constants of the Likhachev-Volkov model. Vestnik of Saint Petersburg University. Mathematics. Mechanics. Astronomy. 2022;9(4):693–704. (In Russ.) https://doi.org/10.21638/spbu01.2022.411 EDN: TMNRBL
  12. Balakin VL, Krikunov MM. Disturbed motion of a hypersonic vehicle in climb. Vestnik of Samara Univer-sity. Aerospace and Mechanical Engineering. 2019;18(2):7–20. (In Russ.) https://doi.org/10.18287/2541-7533-2019-18-2-7-20 EDN: YOTZWJ
  13. Kovtunenko VM, Kameko VF, Yaskevich EP. Aerodynamics of orbital spacecraft. Kiev: Naukova Dumka; 1977. (In Russ.)
  14. Ledkov A.S. Dynamics and control of cylindrical space debris during contactless ion beam assisted transportation. Trudy MAI. 2023;(131):4. https://doi.org/10.34759/trd-2023-131-04 (In Russ.) EDN: XUITIS
  15. Nunez-Iglesias H, van der Walt S, Dashnoi H. Elegant SciPy: Scientific Programming in Python. Moscow: DMK Press; 2018. (In Russ.) ISBN 978-5-97060-600-1
  16. Hill K. Scientific Programming in Python. Translated from English by A.V. Slastin. Moscow: DMK Press; 2021. (In Russ.) ISBN 978-5-97060-914-9
  17. Lobanovich B. Simple Python: Modern Programming Style. 2nd ed. Saint Petersburg: Piter Publ.; 2021. (In Russ.) ISBN 978-5-4461-1639-3
  18. Voronov AA. Introduction to the Dynamics of Complex Controlled Systems. Moscow: Nauka Publ.; 1985. (In Russ.) Available from: https://reallib.org/reader?file=1212928&pg=3 (accessed: 21.11.2024).
  19. Taddia Y, Stecchi F, Pellegrinelli A. Use of the DJI Phantom 4 RTK unmanned aerial vehicle for topographic mapping of coastal areas. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Infor-mation Sciences. 2019;XLII-2/W13:625–630. https://doi.org/10.5194/isprs-archives-XLII-2-W13-625-2019

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».