В Московском Политехе нашли способ стабилизировать беспилостники в сложных погодных условиях
Качество работы системы стабилизации напрямую влияет на допустимые габариты полезной нагрузки и возможности оптимизации конструкции для снижения массы БПЛА.
Магистрант Московского Политеха Владимир Карапетян представил исследование, посвященное стабилизации БПЛА
В исследовании отмечается, что полеты при сильном ветре влияют на БПЛА различными способами. Среди эффектов Карапетян выделяет непредсказуемые движения, когда сильный порыв ветра может сбить БПЛА с траектории в обоих боковых направлениях. Также автор указывает на проблему чрезмерного разряда батареи: при сильном ветре БПЛА выполняет дополнительную работу, чтобы противостоять ветру, что приводит к более быстрому расходу энергии. Кроме того, ветер может вызывать дрожание изображений и видео, что особенно критично при использовании БПЛА для съемки. Наконец, сильный ветер может скомпрометировать работу датчиков, особенно если БПЛА полагается на визуальную обработку изображений для поддержания правильной высоты и позиционирования.
В исследовании рассматриваются два подхода к обеспечению устойчивости и повышению точности систем стабилизации БПЛА: конструктивный и алгоритмический. Конструктивный подход включает в себя правильное размещение чувствительных элементов, таких как гироскопы и акселерометры, в системе управления. Карапетян отмечает, что корпусы современных БПЛА обычно имеют удлиненные цилиндрические конструкции с высокой жесткостью, что может вызывать упругие колебания, влияющие на устойчивость и точность системы стабилизации.
Особое внимание в работе уделяется алгоритмическим методам, которые позволяют изменять характеристики стабилизации без изменений в конструкции. Карапетян объясняет, что эти методы часто применяются из-за сложности построения точных моделей БПЛА.
Центральное место в исследовании занимает метод стабилизации, основанный на работе ПИД-регулятора. Карапетян представил расчетную формулу для ПИД-регуляции по крену:
gaz = P × (t_roll – roll) + D × (roll[n] – roll[n-1]) + I × Σ(t_roll – roll)
где P, D и I – коэффициенты пропорциональной, дифференциальной и интегральной составляющих соответственно, t_roll – требуемый угол крена, roll – текущий угол крена.
Автор подробно объясняет значение каждого компонента формулы и их влияние на стабилизацию БПЛА.
Для осуществления стабилизации БПЛА используются датчики – акселерометр и гироскоп. Карапетян уточняет, что акселерометр (трехосевой) измеряет проекцию ускорения на три перпендикулярные друг другу оси, а гироскоп (также трехосевой) измеряет проекцию угловой скорости на три перпендикулярные оси. Эти датчики предоставляют критически важную информацию для системы стабилизации.
В заключении Карапетян отмечает, что существуют различные методологии для решения проблемы стабилизации БПЛА, как конструкционно, так и алгоритмически. Он подчеркивает, что для алгоритмического решения проблемы требуется предложить математическое решение, построить математическую модель и осуществить написание программного обеспечения.
Фото: Московский Политех