Abstract

Synthesis of the height control system for an unmanned aerial vehicle (UAV) with a soft wing, like a paraglider or a powered parachute, is considered in the article. An UAV is described, its scheme is shown, the forces and moments acting on it in the longitudinal plane are examined. A mathematical model of UAV motion is described in a body-axis coordinate system. Direct control is provided by the thrust motor. The thrust motor is mounted on the UAV so that the thrust is directed along the OX axis in the OXY plane. It is proposed to form the height control law on the basis of the thrust moment, which gives the advantage of stabilizing the angular velocity and the pitch angle. To synthesize the control and stabilization systems, the backstepping method is applied. According to this method, the task of developing a control law for the entire system is divided into a sequence of respective subtasks to lower-order subsystems. The algorithm of backstepping consists in making each integrator of the object stable by adding the feedback computed from this algorithm. The resulting control takes into account the nonlinearity of the object and depends on the entire state vector. The main advantages of the regulator obtained are: the system is stable within a broad range of input values; by varying the regulator coefficients, you can easily select the desired characteristics of control quality. The results of numerical simulation of UAV motion with the regulator obtained in the MATLAB environment are presented in the article.

Highlights

  • Рассматривается синтез системы управления беспилотного летательного аппарата (БПЛА) с мягким крылом, к которым относятся параплан, аэрошют и паралёт

  • M Az I zz ly I zz Отметим, что алгоритм синтеза регулятора представляет собой набор действий, выполняемых для каждого дифференциального уравнения системы (11)

  • Основные преимущества полученного регулятора: система устойчива в больших пределах входных значений как заданных, так и тех, которые могут возникнуть в виде возмущающих факторов, например порывов ветра; коэффициенты регулятора влияют на время переходных процессов привязанных к ним величин: k1 – на высоту полёта, k2 – на угол тангажа, k3 – на угловую скорость

Read more

Summary

Через момент силы тяги

M Pz , входящий в уравнение для dωz dt Второй случай предпочтительнее, так как полученный закон управления по высоте будет стабилизировать угловую скорость z и угол тангажа. Для синтеза системы управления и стабилизации воспользуемся методом «бэкстеппинг». Бэкстеппинг (backstepping) – это рекурсивная процедура, в которой совмещены задачи нахождения функции Ляпунова и соответствующего закона управления. Задача разработки закона управления для всей системы разбивается на последовательность соответствующих подзадач до подсистем меньшего порядка. Алгоритм представляет собой набор действий, выполняемых для каждого дифференциального уравнения математического описания объекта. Выделим отдельно из (9) систему уравнений, необходимую для синтеза закона управления: dry. D z dt Управление осуществляется через момент силы тяги двигателя M Px. Подставляя выражение (8) получим управление через силу тяги двигателя FPx. Для первого уравнения системы (10) сделаем допущение, что при углах тангажа 30o , sin , cos 1. M Az I zz ly I zz FPx. Отметим, что алгоритм синтеза регулятора представляет собой набор действий, выполняемых для каждого дифференциального уравнения системы (11).

Производная функции Ляпунова по определению равна dVL1 dt VL1 ry dry dt ry
Производная стабилизационной функции 2 имеет вид:
Vx2 k1k2 k2k3 k1k3
Full Text
Published version (Free)

Talk to us

Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have

Schedule a call