ISSN 2658-5014 · EISSN 2686-7044

· Язык: ru

Статья: МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ГРУППОВОГО УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫМИ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ САМОЛЕТНОГО ТИПА (2024)

Читать

Читать онлайн

Представлены результаты исследования процесса управления строем автономных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) самолетного типа с целью повышения эффективности управления формированием и поддержанием строя за счет разработки методов и алгоритмов децентрализованного управления, учитывающих нелинейный характер структуры систем «автопилот – аппарат». Для достижения данной цели поставлены и решены следующие задачи: 1. Анализ возможных подходов к решению задачи группового управления и выбор среди них тех, на основе которых возможна разработка децентрализованного группового управления БПЛА. 2. Синтез автопилота одиночного автономного БПЛА, отвечающего требованиям алгоритма группового управления. 3. Разработка методов и алгоритмов группового управления БПЛА с учетом особенностей динамики реальных систем «автопилот – БПЛА». 4. Модификация полученных методов и алгоритмов с целью обеспечения адаптивного управления в случае неопределенной или меняющейся динамики системы «автопилот - БПЛА». 5. Разработка математической модели в среде MATLAB/Simulink, позволяющей провести моделирование управления группами БПЛА и выполнение вычислительных экспериментов с целью оценки эффективности разработанных алгоритмов. Методологическую основу работы составили методы линейной алгебры, теории группового управления, метод функций Ляпунова, методы теории нечеткой логики, теории нелинейного управления, теории адаптивного управления, компьютерного моделирования.

Ключевые фразы: стайное управление, управление роем, ГРУППОВАЯ РОБОТОТЕХНИКА

Автор (ы): Муслимов Тагир Забирович

Журнал: СИСТЕМНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Предпросмотр статьи

Идентификаторы и классификаторы

SCI: Электротехника
УДК: 681.5.01. Принципы и теория автоматического управления
Префикс DOI: 10.54708/2658-5014-SIIT-2024-no1-p3
eLIBRARY ID: 68578024

Для цитирования:

МУСЛИМОВ Т. З. МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ГРУППОВОГО УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫМИ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ САМОЛЕТНОГО ТИПА // СИСТЕМНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. 2024. ТОМ 6, № 1(16)

Текстовый фрагмент статьи

Переход к автономным роботам является одним из наиболее перспективных направлений в различных областях технологий, таких как цифровое производство [1], агропромышленный комплекс, обследование объектов инфраструктуры и др. Сложность реализации систем управления для таких роботов существенно зависит от специфики их конструкции [2]. При этом хотя вопросы автономного движения наземных мобильных роботов изучены достаточно детально [3, 4], повышение автономности беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) требует дополнительных исследований вследствие особенностей их динамики и необходимости обеспечения безопасности полетов [5, 6]. Значительный объем исследований в последние годы проводится в направлении разработки методов и алгоритмов управления координированным движением и взаимодействием различных типов автономных роботов, при этом проблема управления строем (формацией – англ. formation) роботов в реальных условиях по-прежнему остается актуальной. В особенности это относится к проблемам управления БПЛА самолетного типа по причине неизбежной сложности управления вследствие высокой динамики событий, ограничений на входные сигналы управления в реальных системах «автопилот – БПЛА», а также неголономности данных систем. Задачи кооперативного (группового) управления рассматривались в работах отечественных (В. А. Боднер, В. Г. Тарасов, В. Е. Павловский, И. А. Каляев, А. Р. Гайдук, С. Г. Капустян, В. Х. Пшихопов, М. Ю. Медведев и др.) и зарубежных (T. W. McLain, R. W. Beard, W. Ren, R. Olfati-Saber, H. Yamaguchi и др.) исследователей.

Список литературы

1. Kovács G. L. Artificial intelligence and Robotics in Digital Production and beyond // Системная инженерия и информационные технологии. 2021. Vol. 3. No. 1(5). Рp. 5-19. EDN: KWRATY

2. Метод реконфигурации кинематической структуры мехатронно-модульного робота в недетерминированных условиях / В. И. Петренко, Ф. Б. Тебуева, А. С. Павлов, М. М. Гурчинский // Системная инженерия и информационные технологии. 2020. Т. 2. № 2(4). С. 57-65. EDN: EDHHZS

"Method for reconfiguring the kinematic structure of a mechatronic-modular robot in non-deterministic conditions" / V. I. Petrenko, F. B. Tebueva, A. S. Pavlov, M. M. Gurchinsky // System Engineering and Information Technologies. 2020, Vol. 2, No. 2(4), pp. 57-65. (In Russian). EDN: EDHHZS

3. Kiss D., Tevesz G. The RTR path planner for differential drive robots // Системная инженерия и информационные технологии. 2020. Vol. 2. No. 2(4). Рp. 16-22. EDN: ZPDFWH

4. Вохминцев А. В. Методология решения проблемы одновременной навигации и построения карты на основе комбинирования визуальных и семантических характеристик окружающей среды // Системная инженерия и информационные технологии. 2023. Т. 5. № 3(12). С. 136-155. EDN: EFOFFO

Vokhmintsev A. V. "Methodology for solving the problem of simultaneousnavigation and map construction based on combining visual and semantic characteristics of the environment" // System Engineering and Information Technologies. 2023, Vol. 5, No. 3(12), pp. 136-155. (In Russian). EDN: EFOFFO

5. Муслимов Т. З., Мунасыпов Р. А. Проблемы поддержки принятия решений при групповом управлении БПЛА // Pro-ceedings of the 2nd International Conference Intelligent Technologies for Information Processing and Management (ITIPM’2014). Уфа, 2014. С. 196-199. EDN: VYEWXF

Muslimov T. Z., Munasypov R. A. "Problems of decision support for group control of UAVs" // Proceedings of the 2nd International Conference Intelligent Technologies for Information Processing and Management (ITIPM'2014). Ufa, 2014, pp. 196-199. (In Russian).

6. Муслимов Т. З., Мунасыпов Р. А., Хабибуллина Р. Р. Интеллектуальная система поддержки принятия решений для группового управления автономными БПЛА // Proceedings of the 4th International Conference Information Technologies for Intelligent Decision Making Support (ITIDS’2016). Уфа, 2016. С. 193-195. EDN: WJDUQT

Muslimov T. Z., Munasypov R. A., Khabibullina R. R. "Intelligent decision support system for group control of autonomous UAVs" // Proceedings of the 4th International Conference Information Technologies for Intelligent Decision Making Support (ITIDS'2016). Ufa, 2016, pp. 193-195. (In Russian).

7. Муслимов Т. З. Методы и алгоритмы группового управления беспилотными летательными аппаратами самолетного типа: дис. … канд. техн. наук: спец. 05.13.01 “Системный анализ, управление и обработка информации (информационные и технические системы)” / Муслимов Тагир Забирович; Уфимский гос. авиационный техн. ун-т. Уфа, 2020. 164 с. EDN: CKVTJZ

Muslimov T. Z. Methods and Algorithms for Group Control of Aircraft-type Unmanned Aerial Vehicles: dis.... Cand. Tech. Sciences: spec. 05.13.01 "System analysis, management and information processing (information and technical systems)" / Tagir Zabirovich Muslimov; Ufa State Aviation Tech. Univ. Ufa, 2020. 164 pp. (In Russian).

8. Муслимов Т. З., Мунасыпов Р. А. Децентрализованное групповое нелинейное управление строем беспилотных летательных аппаратов самолетного типа // Мехатроника, автоматизация, управление. 2020. Т. 21. № 1. С. 43-50. DOI: 10.17587/mau.21.43-50 EDN: JEAHQA

Muslimov T. Z., Munasypov R. A. "Decentralized group nonlinear control of a formation of aircraft-type unmanned aerial vehicles" // Mechatronics, Automation, Control. 2020, Vol. 21, No. 1, pp. 43-50. (In Russian). EDN: JEAHQA

9. Muslimov T. Z., Munasypov R. A. Consensus-based cooperative control of parallel fixed-wing UAV formations via adaptive backstepping // Aerospace Science and Technology. 2021. Vol. 109. [[ (In Russian). ]]. DOI: 10.1016/j.ast.2020.106416 EDN: VNVQFE

10. Муслимов Т. З. Алгоритмы управления строем автономных беспилотных летательных аппаратов самолетного типа с помощью метода векторного поля // Системы управления, связи и безопасности. 2019. № 4. С. 187-214. 10.24411/2410- 9916-2019-10407. DOI: 10.24411/2410-9916-2019-10407 EDN: RCLSHE

Muslimov T. Z. "Algorithms for controlling the formation of autonomous unmanned aerial vehicles of aircraft type using the vector field method" // Control, Communication, and Security Systems. 2019, No. 4, pp. 187-214. (In Russian). EDN: RCLSHE

11. Yamaguchi H., Arai T. Distributed and autonomous control method for generating shape of multiple mobile robot group // Proc. IEEE/RSJ Int. Conf. Intell. Robot. Syst. 1994. Vol. 2. P. 800-807. DOI: 10.1109/IROS.1994.407547

12. Yamaguchi H. A Cooperative Hunting Behavior by Mobile-Robot Troops // The International Journal of Robotics Research.1999. Vol. 18. №. 9. P. 931-940. DOI: 10.1177/02783649922066664

13. Yamaguchi H., Arai T., Beni G. A distributed control scheme for multiple robotic vehicles to make group formations // Rob. Auton. Syst. 2001. Vol. 36. № 4. P. 125-147. DOI: 10.1016/S0921-8890(01)00133-6 EDN: NVRQPY

14. Мунасыпов Р. А., Муслимов Т. З. Групповое управление беспилотными летательными аппаратами на основе метода пространства относительных состояний // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19. № 2. C. 120-125. EDN: YPJMGL

Munasypov R. A., Muslimov T. Z. "Group control of unmanned aerial vehicles based on the relative state space method" // Mechatronics, Automation, Control. 2018, Vol. 19, No. 2, pp. 120-125. (In Russian). EDN: YPJMGL

15. Муслимов Т. З., Мунасыпов Р. А. Децентрализованное управление круговыми формациями беспилотных летательных аппаратов на основе метода векторного поля // Вестник УГАТУ. 2019. Т. 23. № 3(85). С. 112-121. EDN: LOEPZX

Muslimov T. Z., Munasypov R. A. "Decentralized control of circular formations of unmanned aerial vehicles based on the vector field method" // Vestnik UGATU. 2019, Vol. 23, No. 3(85), pp. 112-121. (In Russian). EDN: LOEPZX

16. Muslimov T. Z., Munasypov R. A. Consensus-based cooperative circular formation control strategy for multi-UAV system // IEEE Int. Russian Automation Conf. (RusAutoCon). 2019. DOI: 10.1109/rusautocon.2019.8867733 EDN: AZIFOA

17. Muslimov T. Z., Munasypov R. A. Adaptive decentralized flocking control of multi-UAV circular formations based on vector fields and backstepping // ISA Transactions. 2020. Vol. 107. P. 143-159. DOI: 10.1016/j.isatra.2020.08.011 EDN: UNPLBD

18. Margaliot M., Langholz G. New Approaches to Fuzzy Modeling and Control: Design and Analysis. Singapore, New Jersey, London, Hong Kong: World Scientific, 2000. DOI: 10.1142/4446.
19. Muslimov T. Z., Munasypov R. A. UAV formation flight using non-uniform vector field and fuzzy self-tuning PD-control // IEEE Int. Russian Automation Conf. (RusAutoCon). 2018. DOI: 10.1109/rusautocon.2018.8501769 EDN: LUAGIC

20. Muslimov T. Z., Munasypov R. A. Multi-UAV cooperative target tracking via consensus-based guidance vector fields and fuzzy MRAC // Aircraft Engineering and Aerospace Technology. 2021. Vol. 93. №. 7. P. 1204-1212. DOI: 10.1108/AEAT-02-2021-0058 EDN: GKSOHV

21. Kownacki C., Ambroziak L. Local and asymmetrical potential field approach to leader tracking problem in rigid formations of fixed-wing UAVs // Aerospace Science and Technology. 2017. Vol. 68. Рp. 465-474. DOI: 10.1016/j.ast.2017.05.040

22. Kingston D., Beard R.W. UAV splay state configuration for moving targets in wind// Advances in Cooperative Control and Optimization. Lecture Notes in Control and Information Sciences. Vol. 369. Berlin, Heidelberg: Springer, 2007. Рp. 109-128. DOI: 10.1007/978-3-540-74356-9_7

23. Muslimov T., Munasypov R. Cooperative guidance for waypoint following of distributed multi-UAV system// Interactive Collaborative Robotics. ICR 2020. Lecture Notes in Computer Science. 2020. Vol. 12336. Рp. 234-242. Т. З. Муслимов - Методы и алгоритмы группового управления... DOI: 10.1007/978-3-030-60337-3_2315

24. Muslimov T., Munasypov R. Threedimensional consensus-based control of autonomous UAV swarm formations // Proceedings of 15th International Conference on Electromechanics and Robotics “Zavalishin’s Readings”. Smart Innovation, Systems and Technologies. 2021. Vol. 187. Рp. 69-80. DOI: 10.1007/978-981-15-5580-0_5 EDN: ITWCBR

25. Muslimov T. Cooperative circumnavigation with robust vector field guidance for multiple UAVs in unknown wind environments// Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2023. Vol. 109. №. 4. DOI: 10.1007/s10846-023-02000-3 EDN: DBTXFB

Выпуск

Том 6, № 1(16) (2024)

Кол-во страниц: 86 страниц

Другие статьи выпуска

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УГЛА ПОВОРОТА ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ЭЛЕКТРОД-ИНСТРУМЕНТА ПРИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ МАТЕРИАЛА (2024)

Авторы: ШЕРЫХАЛИНА Наталия Михайловна, СОКОЛОВА Александра Алексеевна, ШАЙМАРДАНОВА Екатерина Ринатовна, ПОРЕЧНЫЙ Сергей Сергеевич

Рассматривается нестационарная задача об электрохимической обработке вращающимся пластинчатым электрод-инструментом конечной толщины. Построена математическая модель, позволяющая модифицировать процесс формообразования за счет исполнения маневра поворота электрод-инструмента. Проведен вычислительный эксперимент. Оценка погрешности и уточнение численных результатов осуществлены методом численной фильтрации. С помощью полученных численных значений объяснено явление образования волнообразной формы боковой части обрабатываемой поверхности и сделан ряд других выводов. Найдены ограничения на значения параметров, в рамках которых данный маневр будет являться безопасным, т. е. не будет инициировать короткое замыкание.

Сохранить в закладках

Издательство

Издательство: ФГБОУ ВО УФИМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ УФИМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УФИМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ УУНИТ
Регион: Россия, Уфа
Почтовый адрес: 450076, Приволжский федеральный округ, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Заки Валиди, дом 32
Юр. адрес: 450076, Респ Башкортостан, г Уфа, Кировский р-н, ул Заки Валиди, д 32
ФИО: Захаров Вадим Петрович (РЕКТОР)
E-mail адрес: rector@uust.ru
Контактный телефон: +7 (347) 2299677
Сайт: https://uust.ru/

Все права на тексты и товарные знаки принадлежат их законным владельцам. Подробнее...

Сайт https://scinetwork.ru (далее – сайт) работает по принципу агрегатора – собирает и структурирует информацию из публичных источников в сети Интернет, то есть передает полнотекстовую информацию о товарных знаках в том виде, в котором она содержится в открытом доступе.

Сайт и администрация сайта не используют отображаемые на сайте товарные знаки в коммерческих и рекламных целях, не декларируют своего участия в процессе их государственной регистрации, не заявляют о своих исключительных правах на товарные знаки, а также не гарантируют точность, полноту и достоверность информации.

Все права на товарные знаки принадлежат их законным владельцам!

Сайт носит исключительно информационный характер, и предоставляемые им сведения являются открытыми публичными данными.

Администрация сайта не несет ответственность за какие бы то ни было убытки, возникающие в результате доступа и использования сайта.

Спасибо, понятно.

Наведите камеру на QR-код, чтобы открыть моб. версию страницы.