Автореферат (1025034), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Основные результаты диссертационной работыдокладывались и обсуждались на ряде конференций: международнаяконференция «Молодежный научно-технический вестник» (Москва, 2014г.); XМеждународный симпозиум «Интеллектуальные системы» (Москва, 2014г.);Information Processing and Control Engineering (ICIPCE-2015) (Москва, 2015г.);VIII Международная научно-практическая конференция «Инженерные системы»(Москва, 2015г.); II Всероссийская научно-техническая конференция "Навигация,наведение и управление летательными аппаратами" (Москва, 2015г.);Всероссийская научная конференция по проблемам управления в техническихсистемах (Санкт-Петербург, 2015г.); VI Молодежная конференция молодыхученых и специалистов (Москва, 2015 г.); XII International Symposium «IntelligentSystems» (Москва, 2016 г.).Публикации.

По материалам диссертационной работы опубликовано 16научных работ, из них 6 статей – в ведущих рецензируемых журналах и изданиях,рекомендованных ВАК РФ.Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работасостоит из введения, четырех глав, общих выводов по работе, спискаиспользуемой литературы. Общий объем 162 страниц, в том числе 99 рисунок и 8таблиц.Основные положения, выносимые на защиту1. Алгоритм планирования пространственного глобального маршрута визвестной среде на основе упрощенной облачно-точечной карты и улучшенногоМА.2.

Алгоритмы облета препятствий и отслеживания маршрута, позволяющиеосуществлять облет неподвижных и подвижных препятствий в процессе полетапо спланированному маршруту в сложной среде в режиме реального времени.3. Система управления угловым движением квадрокоптера на основемногорежимногоалгоритмастабилизации,состоящегоизнаборабэкстеппинг–регуляторов, позволяющих повысить стабильность полета в среде светром и вблизи поверхности Земли.4. АПО ВНС для квадрокоптера на основе улучшенного алгоритмаEKF-SLAM c адаптивным диапазоном наблюдения и локальной ассоциациейданных, позволяющее повысить скорость вычисления и точность навигации.5. Структура и алгоритмы КНС, позволяющие корректировать показанияБИНС по информации СНС, ВНС, барометрического и радиовысотомеров, свозможностью обнаружения и изоляции неисправности и обеспечения высокойточностью навигации.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность и важность темы диссертации, для чегопроведен анализ современных тенденций в области разработки систем управленияполетом и навигации квадрокоптера, указаны перспективы их применения.4Определена цель и сформулированы основные задачи диссертации.

Указаныметоды проведения исследований, представлены полученные в ходе выполненияработы основные научные результаты. Показана практическая значимость,сформулированы основные положения, выносимые на защиту. Представлены вид иколичество публикаций, описана структура и объем диссертации.В первой главе проведен обзор существующих методов для решенияключевых задач автономного полета квадрокоптера, определены наиболееподходящие из них и выявлены проблемы, препятствующие непосредственномуприменению известных методов и алгоритмов.Для планирования маршрута в статической среде в последние годы широкоиспользуется МА, сочетающий параллельность поиска и сходимость коптимальному решению.

Однако, время сходимости не определено, так какзависит от сложности карты поиска маршрута. Поэтому традиционный МА неможет быть применен в режиме реального времени для планирования глобальногомаршрута в трехмерной среде с различными препятствиями и сложной моделью.Для решения задачи отслеживания заданного маршрута квадрокоптера можноприменить метод «L1», обладающий простой реализацией и высокой скоростьювычисления. Однако, эффективность подобного метода сильно зависит отвеличины критического параметра L1 (расстояния между центром масс аппарата иопорной точки отслеживания). Выбор фиксированного расстояния для траекториис разной кривизной может привести к большому отклонению между реальнойтраекторией полета и заданным маршрутам.Существующие многочисленные алгоритмы облета препятствий не обладаютдостаточной работоспособностью для квадрокоптера в сложной динамическойсреде из-за медленной скорости вычисления.

Необходим новый простой алгоритмоблета препятствий, который может быть применен в режиме реального времени.Целесообразно создание такого алгоритма также на основе управления поворотомвектора скорости.Для траекторного и углового управления необходимо созданиемногорежимной системы, способной реализовать алгоритмы отслеживаниямаршрута и облёта препятствий в различных режимах полёта при различныхветровых воздействиях.

Такие многорежимные системы могут быть построены наоснове простых структур – ПИД-регуляторов и бэкстеппинг-регуляторов,параметры которых для разных режимов предварительно уточняются порезультатам моделирования.Для решения предыдущей задачи и проведения комплексного моделированияпостроена более подробная математическая модель квадрокоптера с учётомвлияния экранного эффекта поверхности Земли, ветра, гироскопических моментовдвигателей и винтов и т. д.Среди возможных подходов к решению задачи разработки ВНС в последнеедесятилетие популярен алгоритм EKF-SLAM, дающий возможностьпрогнозирования координат и скорости квадрокоптера в неизвестной среде содновременной оценкой положения ориентиров и созданием полной карты.Координаты характерных точек среды, выбираемых в качестве ориентиров, можно5получить в НСК по изображениям с фотокамеры с помощью алгоритма SUSAN,функции нормированной взаимной корреляции, алгоритма RANSAC, 8-точечногонормированного алгоритма и преобразования координат.

Недостаток – большоевремя вычислений.Рассматривается квадрокоптер, выполняющий полёт в автономном режимеили при дистанционном пилотировании в условиях недостаточностипредоставляемой оператору информации о среде. В этих случаях информация содного источника не может обеспечить необходимой точности навигации БПЛА.КНС обычно сочетает два или более двух типов навигационных систем (НС) иможет использовать преимущества взаимодополняемости различных НС игенерировать достоверную навигационную информацию (НИ). Такие системыобычно включают инерциальный измерительный блок (IMU), СНС, ВНС и т.д.Тем не менее, в рассматриваемой задаче с учётом необходимости локализации иоблёта препятствий в трехмерной среде присутствуют дополнительные факторы,влияющие на точность и достоверность измеренной информации, что непозволяет использовать готовые КНС.Во второй главе разработаны новые или улучшенные алгоритмы,позволяющие решить проблемы, описанные в первой главе, и реализоватьавтоматическое управление полетом квадрокоптера по спланированому маршрутус возможностью облета препятствий в сложной среде, в которой существуютразличные препятствия и атмосферное влияние.Разработка алгоритма планирования глобального маршрута на основеусовершенствованного МА.

В традиционном МА вероятность pijm переходамуравья m из позиции i в позицию j определяется формулой:1 Dm     is ig  , j  S m , s  S m 0 , Dm  0 s 1pijm   ij  igгде  ij – количество феромона на дуге ij ; α – параметр влияния на  ij ;  jg –величина, обратная длине дуги jg ; β – параметр, влияющий на  ij ; S m –множество позиций, проходимых муравьём m; Dm – размер множества S m .Улучшения традиционного МА включают:– Построение новой функции вероятности перехода, позволяющейуменьшить рассматриваемое число путей:1D    m     pijm   ijigij dij  is ig is dis , j  S m , s  S m 0, S m   , Dm  0 s 1где ij – величина, обратная углу jig ; d ij – величина, обратная длине дуги ij ; ,  – параметры влияния.– Устранение ограничения длины поиска на каждом шаге: от текущей точкиможно перейти к любой точке, которая не находится в запрещенной области.– Уменьшение размера матрицы смежности:6QT  M  M ;QY K A  nij  M  N i 1 j 1где QT  размер смежности традиционного алгоритма; QY  улучшенногоалгоритма; nij  количество проходимых точках jого муравья в iой итерации;K  количество итераций; A  количество муравьёв; M  число точек поиска;N число точек, находящихся в запрещенной области.

Характеристики

Список файлов диссертации