д-p техн. наук, пpоф.
Томск
Korikov Anatoliy M., Dr. of Tech. S., Professor
Tomsk, 634050
аспирант
Томск
Tomsk, 634050
Статья посвящена разработке и исследованию кинематической модели стабилизации и управления ориентацией подвесной аппаратуры беспилотного летательного аппарата (БПЛА). Созданная модель базируется на кинематической модели трехосного карданного подвеса (ТКП): структуре ТКП для БПЛА, математическом описании ТКП БПЛА и выводе кинематических уравнений для задач стабилизации и управления ориентацией подвесной аппаратуры БПЛА. В общем случае вывод кинематических уравнений ТКП на БПЛА является сложным процессом и подобен построению кинематической модели робота-манипулятора с шестью степенями свободы. ТКП рассматривается как манипуляционный механизм с шестью степенями свободы: три степени свободы определяются поворотами БПЛА вокруг осей системы координат, прикрепленной к БПЛА, и три степени свободы задаются рамками ТКП по каналам рыскания, крена и тангажа при вращательных движениях этих рамок вокруг соответствующих осей систем координат, прикрепленных к рамкам ТКП. Такая постановка в общем случае не имеет однозначного решения для поставленных задач стабилизации и управления ориентацией подвесной аппаратуры БПЛА. Для устранения этой неоднозначности используется оптимизация в процессе проектирования ТКП и установка ТКП в таких положениях на БПЛА, которые снижают вычислительную сложность решаемых задач. Кинематическая модель представлена в статье кинематическими уравнениями, решение которых обеспечивает стабилизацию подвесной аппаратуры БПЛА, и кинематическими уравнениями, решение которых позволяет управлять аппаратурой (видеокамерой) БПЛА при слежении за подвижными объектами (движущимися целями) в пространстве. В программной среде MATLAB Simulink создана модель ТКП, на основе которой выполнено моделирование трехосной системы стабилизации аппаратуры БПЛА и моделирование трехосной системы слежения БПЛА за движущимся объектом в пространстве. Результаты моделирования в программной среде MATLAB SImulink доказывают адекватность разработанной кинематической модели ТКП и ее эффективность для решения задач стабилизации и управления ориентацией подвесной аппаратуры БПЛА.
The article is devoted to the development and research of a kinematic model of stabilization and orientation control of the suspended equipment of an unmanned aerial vehicle (UAV). The created model is based on the kinematic model of a three-axis gimbal (TAG): the structure of the TAG for the UAV, the mathematical description of the TAG of the UAV and the derivation of kinematic equations for the problems of stabilizing and controlling the orientation of the UAV suspension equipment. In the general case, the derivation of the kinematic equations of the TAG on the UAV is a complex process and is similar to the derivation of a kinematic model of a robotic arm with six degrees of freedom. The TAG is considered as a manipulative mechanism with six degrees of freedom: three degrees of freedom are determined by the UAV rotations around the axes of the coordinate system attached to the UAV, and three degrees of freedom are set by the frames of the TAG along the channels of yaw, roll and pitch during rotational movements of these frames around the corresponding axes of the coordinate systems attached to the frames of the TAG. Such a statement in the general case does not have an unambiguous solution for the tasks of stabilization and orientation control of the suspended equipment of UAV. To eliminate this ambiguity, optimization is used in the process of designing the TAG and installing the TAG in such positions on the UAV that reduce the computational complexity of the tasks being solved. The kinematic model is presented in the article by kinematic equations, the solution of which ensures the stabilization of the suspended equipment of UAV, and kinematic equations, the solution of which allows you to control the equipment (camera) of the UAV when tracking moving objects (moving targets) in space. The simulation of the TAG in the MATLAB Simulink software environment was performed. The simulation results in the MATLAB Simulink software environment prove the adequacy of the developed kinematic model of the TAG and its effectiveness for solving the problems of stabilization and orientation control of the suspended equipment of UAV.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.