Отзыв_официального_оппонента_Косинского_М.Ю._1 (Автономная система управления полетом квадрокоптера с возможностью облета препятствий и комплексной навигацией)

отзыв официального оппонента, кандидата технических наук М.Ю. Косинского на диссертационную работу Гэн Кэ Кэ на тему «Автономная система управления полетом квадрокоптера с возможностью облета препятствий и комплексной навигацией», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.01 — Системный анализ, управление и обработка информации ~в технических системах) Актуальность темы диссертационного исследования.

В настоящее время квадрокоптеры стали популярной платформой для тестирования новых алгоритмов управления полетом и наведения в университетах и институтах. В некоторых промышленных компаниях квадрокоптеры также применяются для выполнения таких операций, как аэросъемка, осмотр зданий, мониторинг линий электропередач и т.д, Одна из важнейших проблем, требующих решения при разработке и применении квадрокоптеров — обеспечение автономного полета при выполнении целевой задачи в сложной среде с разными препятствиями, влиянием атмосферы и отсутствием сигнала спутниковой навигационной системы (СНС). Диссертация Гэн Кэ Кэ посвящена решению актуальной задачи - разработке автономной системы управления полетом, позволяющей планировать и осуществлять полет квадрокоптера по спланированному маршруту с возможностью облета препятствий и автономной навигацией в сложной среде.

Для решения задачи планирования глобального маршрута в статической среде автором диссертационной работы используются улучшенный муравьиный алгоритм и облачно-точечная карта, что делает предложенный алгоритм пригодным для планирования маршрута в трехмерной среде с различными статичными препятствиями в режиме реалыюго времени. Для реждения задачи отслеживания заданного маршрута квадрокоптера применить улучшенный метод «?.1» с адаптивным выбором опорной точки отслеживания, позволяющий повысить скорость вычисления и улучшить результат отслеживания спланированного маршрута, В диссертационной работе Гэн Кэ Кэ предложен новый простой алгоритм облета препятствий на основе управления поворотом вектора скорости, который может быть применен в режиме реального времени для квадрокоптера в сложной динамической среде с подвижными препятствиями.

Разработаны система траекторного управления полетом квадрокоптера и новая многорежимная система управления угловым движением, позволяющие реализовать предлагаемые алгоритмы автономного полета в сложной среде. Параметры системы для каждого режима автоматически выбираются в соответствии с условиями полета 1высота, угловое положение, ветровые воздействия, режимы взлета-посадки). Разработана также подсистема аварийного возврата к исходной точке при сложных метеоусловиях.

Визуальную навигационную систему (ВНС) на основе алгоритма одновременной локализации и создания карты (картографирования) с расширенным фильтром Калмана 1ВКР-Я.АМ) сложно использовать для квадрокоптера из-за значительного роста размера вектора состояния системы и объема вычислений алгоритма с увеличением числа наблюдаемых ориентиров открытой среде. Для решения этой проблемы в диссертационной работе Гэн Кэ Кэ предлагается улучшенный алгоритм ЕКХ-Я.АМ для ВНС с локальным адаптивным диапазоном наблюдения и локальной ассоциацией данных.

В диссертационной работе Гэн Кэ Кэ была предложена комплексная навигационная система (КНС) с возможностью обнаружения источников недостоверной информации и слияния нескольких источников навигационной информации с изоляцией неисправностей, которая позволяет обеспечивать точность навигационной информации в режиме реального времени в различных условиях полета. Диссертационная работа содержит введение, четыре главы, общие выводы по работе, список используемой литературы и приложение, Во введении показана актуальность темы диссертационной работы, поставлена цель работы и сформированы основные задачи исследования, указаны основные результаты и практическая значимость работы. В первой главе проведен обзор существующих методов для решения ключевых задач автономного полета квадрокоптера, определены наиболее подходящие из них и выявлены проблемы, препятствуюшие непосредственному применению известных методов и алгоритмов, Во второй главе разработаны новые или улучшенные алгоритмы„ позволяющие решить проблемы, описанные в первой главе, и реализовать автоматическое управление полетом квадрокоптера по спланированному маршруту с возможностью облета препятствий в сложной среде, в которой существуют различные препятствия и атмосферное влияние.

В третьей главе представлена КНС с оригинальным методом автоматического выбора режимов навигации в соответствии с условиями полета, Структура КНС построена на основе преобразования режимов навигации, фильтра Калмана и слияния навигационной информации из нескольких источников: БИНС, СНС, ВНС на основе улучшенного алгоритма одновременной локализации и картографирования с расширенным фильтром Калмана (ЕКГ-Я.АМ), барометрического высотомера, радиовысотомера.

Подобная система имеет возможность обнаружения и изоляции навигационной информации с низкой достоверностью. В четвертой главе проводится макетирование навигационной системы в наружной среде и комплексное моделирование разработанной автономной системы управления полетом квадрокоптера в программной среде Ма11аЬ.

В заключении изложены основные результаты диссертационной работы, а также перспективы дальнейшей разработки темы. В приложении содержатся программы Ма11аЬ, акты практической использования и отзыв научного руководителя. Научнаи новизна диссертационной работы заключается в разработке глобального маршрута, отслеживания алгоритмов планирования запланированного маршрута и облета препятствий в реальном режиме времени, а также алгоритмов ВНС и КНС.

Среди новых научных результатов следует отметить: 1. Предложен алгоритм планирования пространственного глобального маршрута на основе представления информации о среде в виде облачно-точечной карты и улучшенного муравьиного алгоритма с возможностью эффективного использования имеющейся известной информации о среде и быстрого получения глобального маршрута с меньшим количеством путевых точек; 2.

Разработан алгоритм отслеживания спланированного маршрута на основе модификации метода «1 1» путем адаптивного выбора опорных точек отслеживания на маршруте; 3. Предложен алгоритм облета неподвижных и подвижных препятствий, позволяющий управлять поворотом вектора скорости квадрокоптера в реальном времени; 4. Предложен улучшенный алгоритм 81.АМ с расширенным фильтром Калмана (БКГ-ЯЬАМ) с адаптивным диапазоном наблюдения и локальной ассоциацией данных, на основе которого разработано алгоритмическое и программное обеспечение визуальной навигационной системы; 5. Разработана структура и математическая модель КНС„использующая модификации многоуровневого фильтра Калмана для компенсации погрешностей от нескольких источников с возможностью обнаружения и изоляции неисправностей.

Практическая значимость заключается в разработке алгоритмов, позволяющих решить задачу автономного управления полетом квадрокоптера в сложной среде с возможностью облета препятствий и комплексной навигации. Эти алгоритмы могут быть также применены и в схожих задачах. Достоверность полученных в диссертации результатов и сделанных на их основе выводов не вызывает сомнений, обоснована результатами теоретических и практических исследований, приведенных в работе и изложенных в публикациях автора, а также подтверждена соответствующими актами об использовании результатов диссертации, как при реализации конкретного научно-технического проекта в КНР, так и в учебном процессе на кафедре «Системы автоматического управления» МГТУ им.

Н.Э. Баумана. По материалам диссертации и проведенных исследований автором опубликовано 16 печатных работ, Шесть статей опубликованы в изданиях из перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК РФ. По теме диссертации сделано семь докладов па международных и всероссийских конференциях, Все публикации в достаточной степени отражают содержание выполненной работы. Диссертация Гэн Кэ Кэ представляет собой методологически четко спланированный, успешно выполненный и законченный научноисследовательский труд. Текст диссертации хорошо структурирован и логичен, а также отличается высоким качеством представления результатов экспериментальных исследований.

Замечания. К тексту диссертации и автореферата имеются следующие замечания. 1. В первой главе диссертации был выбран метод «бэкстеппинг» для управления угловым движением квадрокоптера, но сделано это было без сравнения с другими методами, кроме ПИД-регуляторов. 2. Математическая модель квадроко итера, используемая при решении задачи планирования маршрута полета, отслеживания маршрута и облета препятствий, является слишком упрощенной моделью. 3.

Для решения задачи отслеживания спланированного маршрута был предложен метод «1.1» с адаптивным выбором опорной точки отслеживания, но не проведено сравнение с другими методами, из-за чего причина применения этого метода осталась неясной. 4. В работе не приведены критерии применимости рассматриваемых и разработанных алгоритмов в режиме реального времени (допустимое время расчета).

5. Количество рисунков в тексте слишком большое, а работоспособность предложенных алгоритмов была подтверждена, в основном, с помощью моделирования и экспериментальных результатов при отсутствии глубокой проверки математическими методами, Не рассмотрены критерии качества работы алгоритмов 1какая величина ошибки считается допустимой), Тем не менее, следует отметить, что указанные замечания не снижают общей положительной оценки работы Гэн Кэ Кэ, Заключение. В целом, несмотря на сделанные замечания, диссертационная работа 1эн Кэ Кэ может быть оценена как завершенное научное исследование„ являющееся научной квалификационной работой, которая вносит существенный вклад в решение задачи автономного управления полетом квадрокоптера с возможностью облета препятствий в реальном режиме времени и с высокой точностью навигации.

Диссертация выполнена на высоком научном уровне, имеет большое практическое значение для специалистов в области оптимизации маршрутов Начальник отдела ФГУП «Московское опытно-конструкторское бюро «Марс», канд. техн. наук . ~ «~" М.Ю. Косинский 2 2 21.08.2017 Подпись Косинского Михаила Юрьевича заверяю, '! сл.: +7-910-474-1835 Зам. директора ФГУП «Московское опытно-конструкторское бюро «Марс» по научной работе, Зам. генерального конструктора ФГУП «Московское опытно-коне В.Н. Соколов бюро «Марс», д.т.н.