Два подхода к синтезу инвариантной системы слежения для беспилотного летательного аппарата

Автор(ы): Кокунько Ю.Г., Краснова С.А.

Выпуск: 85

Рубрика: Анализ и синтез систем управления

Год: 2020

Библиография: Кокунько Ю.Г., Краснова С.А. Два подхода к синтезу инвариантной системы слежения для беспилотного летательного аппарата // Управление большими системами. Выпуск 85. М.: ИПУ РАН, 2020. С.113-142. DOI: https://doi.org/10.25728/ubs.2020.85.6

Дата опубликования: 31.05.2020

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, слежение, инвариантность, сигма-функция, наблюдатель состояния пониженного порядка

Аннотация: Рассматривается проблема автоматического управления движением центра масс беспилотного летательного аппарата в условиях действия внешних неконтролируемых возмущений и измерений только пространственных координат центра масс и их задающих воздействий. Ставится задача синтеза закона управления в форме динамической обратной связи, обеспечивающего слежение за заданными сигналами инвариантно по отношению к внешним возмущениям с заданной точностью. В рамках блочного подхода с использованием сигмоидальных обратных связей, обеспечивающих ограниченность фиктивных и истинных управлений, разработаны регуляторы двух типов. В первом регуляторе благодаря компенсации перекрестных связей в замкнутой системе обеспечивается автономное управление пространственными координатами центра масс с независимым выбором параметров обратной связи в каждом из трех контуров. Для реализации данного алгоритма построен наблюдатель пониженного порядка для оценивания вектора скорости по измерению вектора координат центра масс. На основе данных сигналов вычисляются синусы и косинусы углов пути и наклона траектории, необходимые для формирования обратной связи. Во втором регуляторе для сокращения объема вычислений, выполняемых в реальном времени, перекрестные связи не компенсируются, а для выбора параметров обратной связи разработана иерархическая система неравенств, не требующая точного знания углов пути и наклона траектории. Для реализации данного алгоритма построен наблюдатель пониженного порядка для оценивания вектора производных ошибок слежения по измерению вектора ошибок слежения. Приведены результаты численного моделирования и сравнительного анализа разработанных регуляторов.

Author(s): Kokunko J., Krasnova S.

Article title: Two approaches to invariant tracking system design for an unmanned aircraft vehicle

Issue: 85

Year: 2020

Keywords: unmanned aerial vehicle, tracking, invariance, sigma function, reduced order observer

Abstract: The problem of automatic control of the movement of the center of mass of an unmanned aircraft under the influence of external uncontrolled disturbances and measurements of only the spatial coordinates of the center of mass and their given trajectories is considered. The task is to synthesize of the control law in the form of dynamic feedback, providing tracking of the given signals invariant in relation to external disturbances with a given accuracy. Within the framework of the block approach with the use of sigmoidal feedback, providing the limits of fictitious and true controls, regulators of two types are developed. In the first controller, thanks to compensation of cross-links in the closed system the independent control of spatial coordinates of the center of mass with an independent choice of feedback parameters in each of the three loops is provided. To implement this algorithm, reduced order observer is constructed to estimate the velocity vector by measuring the center of mass vector coordinates. Based on these signals in online mode, the sinuses and cosines of angles of inclination of the trajectory and course are calculated in online mode, which are necessary for the formation of feedback. In the second controller, to reduce the amount of calculations performed in real time, the cross-connections are not compensated, and in a closed system the matrix before the control is not diagonal. In order to select the feedback parameters, a hierarchical procedure has been developed with the matrix form before control conversion to an offline upper triangular. To implement this algorithm, reduced order observer was constructed to estimate the vector of derivative tracking errors by measuring the tracking error vector. The results of numerical modeling and joint analysis of the developed regulators are given.