CC BY
24Impact Factor: SJIF 2019 - 5.11 ТСХШЩЖМ НАУКИ
2020 - 5.497
2021 - 5.81
ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ОПП
АЛИЕВА АДИЛЯ САЙЕДДИН КЫЗЫ
Ассистент, Азербайджанский Государственный Университет Нефти и Промышленности,
Азербайджан, Баку
АХМЕДОВ ЭМИЛЬ МЕХМАН О.
Магистр, Азербайджанский Государственный Университет Нефти и Промышленности,
Азербайджан, Баку
Абстракт. Сегмент БПЛА пережил наибольший рост, в первую очередь благодаря военному сообществу и, в меньшей степени, безопасности границ, мониторингу окружающей среды и другим областям применения. Этот ландшафт, похоже, меняется, и прогнозируется, что БПЛА будут доминировать в гражданских и общественных приложениях. Сегмент UGV недавно резко вырос в ответ на неотложные военные нужды. Будущие миссии UGV включают наблюдение за периметром, материально-техническую поддержку, спасательные операции, ретрансляцию связи и другие приложения. UUV и USV все еще находятся в зачаточном состоянии. В отличие от сегментов БПЛА и UGV, беспилотные морские системы финансируются на более низких уровнях в США и во всем мире.
Ключевые слова. БПЛА, сегмент БПЛА, подсистема связи, ПИД-управление.
Требования к миссии БПЛА. В этой статье описываются мыслительный процесс и методы, необходимые для проектирования и конкретных текущих исследований в спонсируемом НАСА Университетском исследовательском центре (URC) — конструкции, двигатели и системы управления (SPACE) Калифорнийского государственного университета в Лос-Анджелесе (CSULA) для фиксированного БПЛА с крылом представляет пример проектирования БПЛА. Основной целью является создание многоцелевого БПЛА под названием «Одиссей».
На рис. 1 система управления полетом (FCS) объединена в самолет с двумя балками, конфигурация которого рассчитана на перевозку до 14 фунтов полезной нагрузки, которая остается и работает на максимальной высоте 10 000 футов над уровнем моря. Проект охватывает основные области проектирования самолетов, включая аэродинамику, конструкции, авионику и двигательную установку.
Требования миссии были выбраны для создания многоцелевого БПЛА, способного выполнять различные задачи с минимальными конструктивными изменениями. Конкретные требования, используемые для разработки OdysseyUAV:
Выносливость: 3 часа, нагрузка: макс. 14 фунтов, крейсерская скорость: 81,4 фута/с Крейсерская высота: 3000 футов (над уровнем моря) Макс. Высота: 10 000 футов (над уровнем моря) Это был компромисс между полезной нагрузкой, весом и миссией.
Impact Factor: SJIF 2019 - 5.11
2020 - 5.497
2021 - 5.81
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Рисунок 1 . Одиссей БПЛА
180 miles
Рисунок 2. Миссия _ профиль
а • О.OIT* »u/7* • С. OK» Cl
д . Û oaw qt/Гг . û.cceo ел
и • o.oûo r\>//i w q.oooû vu
M«« • D.cotRi со
IM IVO" • O.OOOO СЦ
I if»vvior - ь um
юо Cl - o.tnoa ci • «с ocoi
ICC CI • O.OOûû О . -O.OJrg
ai со • o.o*» r* . o-i«c
CD| • -0. • • U OXM сц, » 0.01*10
Рисунок 3. Одиссей АВЛ модель Профиль миссии показан на рисунке 2. принято для Разработка БПЛА Одиссей. Однако окончательная миссия будет определена НАСА после разработки БПЛА.
Как показано на рисунке 3, БПЛА предназначен для взлета примерно на 300 футов, набора высоты, достижения крейсерской высоты и поддержания скорости 81,4 фута/с. Затем БПЛА пролетит 180 миль в течение 3 часов, прежде чем, наконец, приземлится в заранее определенной путевой точке для сброса полезной нагрузки.
Вычислительная гидродинамика. Athena Vortex Lattice использовалась в качестве программного обеспечения CFD для расчета аэродинамических параметров и динамики полета БПЛА Odyssey. Это бесплатный пакет программного обеспечения, который является эффективным инструментом для прогнозирования и улучшения динамических характеристик полета специально разработанного БПЛА с жестким корпусом.
Два ключевых предположения, сделанные Athena Vortex Lattice, включают: (1) программа рассматривала фюзеляж как тонкий корпус и не учитывала некоторые особенности скольжения модели БПЛА Odyssey (стрелы и основные стойки шасси), и (2) программа использовала средний коэффициент поверхностного сопротивления. Фактический коэффициент аэродинамического сопротивления требует обширных испытаний в аэродинамической трубе и обычно вносит небольшой вклад в общий коэффициент сопротивления самолета. Независимо от этих оценок программное обеспечение может предоставить приемлемую аэродинамическую модель, которую можно уточнить на основе летных испытаний. Несмотря на свои ограничения, AVL по-прежнему является мощным инструментом для проектирования и создания нестандартных самолетов и сыграл решающую роль в разработке Odyssey. Программное обеспечение может обеспечивать подъемную нагрузку при различных углах атаки, характеристики устойчивости полета, динамические
3 50
Impact Factor: SJIF 2019 - 5.11 ТСХШЩЖМ НАУКИ
2020 - 5.497
2021 - 5.81
матрицы системы и другие параметры, необходимые для проектирования, изготовления и управления БПЛА (рис. 3 ).
Предварительные сметные расчеты грузовой загрузки. Первоначальная конструкция полезной нагрузки определяется двумя ограничивающими факторами: массой и объемом полезной нагрузки. Энергия в виде батарей является основным фактором, влияющим на вес полезной нагрузки. Любое снижение энергопотребления подсистем полезной нагрузки приведет либо к уменьшению общего веса, либо к увеличению возможного времени полета. Таким образом, блок-схемы, используемые в каждом из разделов проектирования подсистем, используют ссылку на WPV для представления веса, мощности и объема. Обратите внимание, что стоимость является еще одним важным фактором при проектировании. Это типично для каждого приложения малого БПЛА и не обсуждается в этой главе. При подготовке первоначального бюджета проекта следует провести исследование возможных компонентов. Затем эти компоненты можно использовать для определения начальных распределений веса и объема. Рис. 4 ( SBC (одноплатный компьютер), EO (электронный) датчик, SSD (твердотельный диск) и E-SATA (внешнее последовательное передовое технологическое соединение), является примером конструкции оборудования, несущего полезную нагрузку, включая основные компоненты и ввод/вывод между компонентами . Начальный бюджет мощности полезен в зависимости от веса батареи, чтобы начать определение полезной нагрузки. основной весовой вклад:
Проектирование подсистем. Следующие разделы представлены блок-схемой, которая представляет процесс проектирования для каждой подсистемы. Номер в каждом элементе блок-схемы соответствует элементам в дополнительных списках, которые дополнительно поясняют элементы блок-схемы.
Подсистема связи. Схема проектирования подсистемы связи показана на рисунке 5.
1. Определите ограничения миссии.
(a) Разрешенные частоты. Когда лицензированные радиостанции недоступны, БПЛА будет использовать нелицензированные диапазоны ISM (промышленные, научные и медицинские). Для БПЛА обычно используются диапазоны 902-928 МГц, 2400-2483,5 МГц и 5725-5850 МГц. Эти диапазоны могут одновременно обеспечивать несколько диапазонов каналов 20 МГц, и совместимые радиостанции легко доступны. Мощность передачи ограничена правилами FCC; коэффициенты усиления радиостанций и антенн должны выбираться в соответствии с этими рекомендациями. Обратите внимание, что диапазон 902928 МГц часто используется для беспроводной связи автопилота.
(б) Максимальное расстояние. Это расстояние используется для определения бюджета
канала.
(c) Количество БПЛА в полете будет определять возможность создания много скачковой сети и общую пропускную способность, доступную на наземной станции.
(d) Другие устройства, работающие в том же районе, создают шум и ограничивают радиус действия системы связи при вещании на тех же частотах.
(e) Требования к ситуационной осведомленности оператора наземной станции определяют требования к полосе пропускания системы. Некоторые ключевые вопросы, которые следует задать:
(i) Какие командные и контрольные сообщения необходимы и какова частота обновления?
(ii) Какие сообщения о состоянии воздушного судна должны передаваться на наземную станцию? - то есть состояние самолета, фаза миссии и т. д.
(iii) Какой размер и коэффициент сжатия допустимы для изображений? Изображения являются крупнейшим потребителем пропускной способности. Если связь потеряна во время миссии, изображения, собранные во время потери связи, могут быть бесполезны для оператора.
3 51
Impact Factor: SJIF 2019 - 5.11 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
2020 - 5.497
2021 - 5.81
Если изображения отправляются по протоколу управления передачей (TCP), доставка изображения гарантирована. При потере соединения эти изображения помещаются в очередь на передачу и отправляются при восстановлении соединения. Критические командные и управляющие сообщения должны ожидать освобождения очереди от изображений. Если для ситуационной осведомленности необходимы только текущие изображения, изображения должны быть отправлены через протокол пользовательских дейтаграмм (UDP), который не гарантирует доставку. Таким образом, изображения не будут ставиться в очередь, а командные и управляющие сообщения не будут задерживаться при восстановлении связи (Рис. 6).
(iv) Как следует представлять изображения, если используется несколько БПЛА? Миниатюрное изображение может отображаться для оператора, чтобы минимизировать общую пропускную способность. Затем у оператора есть возможность выбрать маленькое изображение, чтобы начать получение изображений большего размера, что снижает общую пропускную способность системы.
Рисунок 4. Пример конструкции полезной нагрузки
Рисунок 5. Схема проектирования подсистемы связи
Impact Factor: SJIF 2019 - 5.11
2020 - 5.497
2021 - 5.81
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Ground Control Station Operator Input
Рисунок 6. Блок-схема внутреннего цикла SLUGS и маршрутизации Это исследование служит 2 целям.
Первый — предоставить шаблон PyDy для генерации динамики квадрокоптера и получения соответствующих уравнений движения. Вторая цель состоит в том, чтобы предоставить простой контроллер, который может обрабатывать простое оперативное моделирование динамики квадрокоптера и управления положением и поддерживает генерацию траектории с минимальным смещением (а также с минимальной скоростью, ускорением и отскоком).
ЛИТЕРАТУРА
353
1. Дж. Глисон, А. В. Нефиан, X. Буиссунусс, Т. Фонг, Г. Бебис, Обнаружение транспортных средств с помощью аэрофотоснимков, на интеллектуальной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации , Шанхай, 2011 г.
2. Д. Х. Титтертон, Дж. Л. Уэстон, Бесплатформенная инерциальная навигационная технология (Питер Перегринус, Лавенхэм, 1997)
3. П. Мишра, П. Энге, Глобальная система позиционирования, сигналы, измерения и характеристики (Ganga-Jamuna Press, Lincoln, 2001)
4. Ю. Цао, Х. Чао и др., Автопилоты для малых беспилотных летательных аппаратов: обзор. Междунар. J. Управление автоматом. Сист. 8 (1), 44 (2010)
5. Д. Душа, Л. Мехиас, Анализ ошибок и наблюдаемость положения монокулярного интегрированного навигационного фильтра GPS / визуальной одометрии. Междунар. Дж. Робот. Рез. 31 (6), 714-737 (2012).
6. Д. Душа, Л. Мехиас и др., Оценка пространственного положения самолета с использованием временного отслеживания горизонта и оптического потока. Дж. Полевой робот. 28 (2), 372 (2011)
7. Т. Мерц, С. Дуранти и др., Автономная посадка беспилотного вертолета на основе зрения и инерциального зондирования, в Experimental Robotics IX , vol. 21 (Springer, Берлин/Гейдельберг, 2006 г.), с. 352
