<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">novtexmech</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Мехатроника, автоматизация, управление</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1684-6427</issn><issn pub-type="epub">2619-1253</issn><publisher><publisher-name>Commercial Publisher «New Technologies»</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.17587/mau.17.774-782</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">novtexmech-376</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>CONTROL IN AEROSPACE SYSTEMS</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Децентрализованное управление группой квадрокоптеров</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Decentralized Control of a Quadrocopter Swarm</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Зенкевич</surname><given-names>С. Л.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Zenkevich</surname><given-names>S. L.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">zenkev@bmstu.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Галустян</surname><given-names>Н. К.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Galustyan</surname><given-names>N. K.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">narekgalustyan@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Научно-учебный центр "Робототехника" МГТУ им. Н. Э. Баумана</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Robotic Center for Education and Research at Bauman Moscow State Technical University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2016</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>28</day><month>08</month><year>2018</year></pub-date><volume>17</volume><issue>11</issue><fpage>774</fpage><lpage>782</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Commercial Publisher «New Technologies», 2018</copyright-statement><copyright-year>2018</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><license xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice" xlink:type="simple"><license-p>https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/article/view/376">https://mech.novtex.ru/jour/article/view/376</self-uri><abstract><p>Решается задача децентрализованного управления группой автономных квадрокоптеров при роевом и строевом движении. Решение этой задачи включило в себя следующие этапы: разработка нелинейной динамической модели движения квадрокоптера и ее линеаризация, синтез алгоритма управления по траектории одинарным квадрокоптером, разработка алгоритма децентрализованного управления квадрокоптерами в мультиагентной системе, построение моделей и компьютерная апробация разработанных алгоритмов. Приведены результаты моделирования применения алгоритма управления группой квадрокоптеров.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>In this article the authors propose a decentralized control algorithm for a swarm consisted of quadcopters, which are unmanned aerial vehicles (UAV) lifted and propelled by four rotors. The first step was derivation of a quadcopter flight dynamic (math) model and its further linearization. The math model was derived on the basis of Newton and Euler equation of motion. The next step was to design a trajectory control algorithm by using PD regulator for the trajectory error minimization. After designing and approbation of the control algorithm of a unit quadcopter, the authors proceeded further with the task of a group control. Originally, the authors set several requirements to the control algorithm of the quadcopter for a group flight, e.g. cohesion and safety of the flights, decentralization and scalability of the control algorithm. As a ground algorithm they selected C. Reynolds rules designed for "boids". In order to make it possible to switch a quadcopter group flight from the swarm mode to the formation mode, in addition to Reynolds rules the authors developed the forth rule called "Formation". Before designing of the decentralized control for a quadcopter swarm, the authors solved similar tasks related to the kinematic control and dynamic control of the agents moving in 2D. The authors set several experiments in a "Universal Mechanism" and "Matlab" of the quadcopter group flight of10 agents with independent control systems. The above-mentioned experiments proved the efficiency of the designed decentralized control algorithm. The modeling details and experiment results are also presented in the paper.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>мультиагентная система</kwd><kwd>квадрокоптеры</kwd><kwd>динамическая модель</kwd><kwd>управление по траектории</kwd><kwd>групповое движение</kwd><kwd>строевое движение</kwd><kwd>роевое движение</kwd><kwd>децентрализованное управление</kwd><kwd>Swarm</kwd><kwd>multiagent system</kwd><kwd>flocking</kwd><kwd>quadrocopter</kwd><kwd>dynamics</kwd><kwd>attitude control</kwd><kwd>trajectory control</kwd><kwd>formation flight</kwd><kwd>outdoor flocking</kwd><kwd>decentralized control</kwd><kwd>PD regulator</kwd><kwd>MATLAB</kwd><kwd>universal mechanism</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Cutler M., How J. P. Actuator Constrained Trajectory Generation and Control for Variable-Pitch Quadrotors // AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference (GNC). Minneapolis, Minnesota, August 2012.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Cutler M., How J. P. Actuator Constrained Trajectory Generation and Control for Variable-Pitch Quadrotors // AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference (GNC). Minneapolis, Minnesota, August 2012.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Lee T., Leok M., McClamroch N. H. Geometric Tracking Control of a Quadrotor UAV on SE(3) // 49th IEEE Conference on Decision and Control. 2011.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Lee T., Leok M., McClamroch N. H. Geometric Tracking Control of a Quadrotor UAV on SE(3) // 49th IEEE Conference on Decision and Control. 2011.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Mellinger D., Kumar V. Minimum Snap Trajectory Generation and Control for Quadrotors. GRASP Lab., University of Pennsylvania, 2011.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Mellinger D., Kumar V. Minimum Snap Trajectory Generation and Control for Quadrotors. GRASP Lab., University of Pennsylvania, 2011.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kushleyev A., Mellinger D., Kumar V. Towards A Swarm of Agile Micro Quadrotors. GRASP Lab, University of Pennsylvania, 2013.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kushleyev A., Mellinger D., Kumar V. Towards A Swarm of Agile Micro Quadrotors. GRASP Lab, University of Pennsylvania, 2013.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Thorhallur Tomas Buchholz, Dagur Gretarsson. Construction of a Four Rotor Helicopter Control System // S. M. Thesis. Technical University of Denmark, February 2009.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Thorhallur Tomas Buchholz, Dagur Gretarsson. Construction of a Four Rotor Helicopter Control System // S. M. Thesis. Technical University of Denmark, February 2009.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Hoffman G. M., Huang H., Waslander S. L., Tomlin C. J. Quadrocopter Helicopter Flight Dynamics and Control: Theory and Experiment // AIAA Guidance, Navigation and Control Conference and Exhibit, August 2007, Hilton Head, South Carolina.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Hoffman G. M., Huang H., Waslander S. L., Tomlin C. J. Quadrocopter Helicopter Flight Dynamics and Control: Theory and Experiment // AIAA Guidance, Navigation and Control Conference and Exhibit, August 2007, Hilton Head, South Carolina.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Hong S. K. Fuzzy logic based closed-loop strap down attitude system for unmanned aerial vehicle (UAV). Department of Aerospace Engineering, Sejong University, 2005.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Hong S. K. Fuzzy logic based closed-loop strap down attitude system for unmanned aerial vehicle (UAV). Department of Aerospace Engineering, Sejong University, 2005.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Vasarhelyi G., Virigh Cs., Somoijai G., Tarcai N., SzoVenyi T., Nepusz T., Vicsek T. Outdoor flocking and formation flight with autonomous aerial robots. Department of Biological Physics, Eotvos University, Hungary, 2014.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Vasarhelyi G., Virigh Cs., Somoijai G., Tarcai N., SzoVenyi T., Nepusz T., Vicsek T. Outdoor flocking and formation flight with autonomous aerial robots. Department of Biological Physics, Eotvos University, Hungary, 2014.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Hoffmann G., Huang H., Waslander S., Tomlin C. Precision flight control for a multi-vehicle quadrotor helicopter testbed // Control engineering practice. 2011. Vol. 19 (9). P. 1023-1036.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Hoffmann G., Huang H., Waslander S., Tomlin C. Precision flight control for a multi-vehicle quadrotor helicopter testbed // Control engineering practice. 2011. Vol. 19 (9). P. 1023-1036.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Reynolds C. Flocks, birds, and schools: A distributed behavioural model // Comput. Graph. 1987. Vol. 21, N. 4. P. 25-34.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Reynolds C. Flocks, birds, and schools: A distributed behavioural model // Comput. Graph. 1987. Vol. 21, N. 4. P. 25-34.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Зенкевич С. Л., Галустян Н. К. Синтез и апробация алгоритма управления движением квадрокоптера по траектории // Мехатроника, автоматизация, управление. 2015. № 8. С. 530-535.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Зенкевич С. Л., Галустян Н. К. Синтез и апробация алгоритма управления движением квадрокоптера по траектории // Мехатроника, автоматизация, управление. 2015. № 8. С. 530-535.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Морозова Н. С. Управление движением строя для мульти-агентной системы, моделирующей автономных роботов // Вестник московского университета. Сер. 15. Вычислительная математика и кибернетика. 2015. № 4. С. 23-31.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Морозова Н. С. Управление движением строя для мульти-агентной системы, моделирующей автономных роботов // Вестник московского университета. Сер. 15. Вычислительная математика и кибернетика. 2015. № 4. С. 23-31.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Иванов Д. Я. Построение формаций в группах квадрокоптеров с использованием виртуального строя // XII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ. Москва, 2014.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Иванов Д. Я. Построение формаций в группах квадрокоптеров с использованием виртуального строя // XII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ. Москва, 2014.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Зенкевич С. Л., Ющенко А. С. Основы управления мани-пуляционными роботами. М.: Изд-во МГТУ, 2004.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Зенкевич С. Л., Ющенко А. С. Основы управления мани-пуляционными роботами. М.: Изд-во МГТУ, 2004.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Голубев Ю. Ф. Основы теоретической механики. М.: Изд-во МГУ, 2000.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Голубев Ю. Ф. Основы теоретической механики. М.: Изд-во МГУ, 2000.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Каляев И. А., Гайдук А. Р., Капустян С. Г. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов. М.: Физматлит, 2009.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Каляев И. А., Гайдук А. Р., Капустян С. Г. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов. М.: Физматлит, 2009.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Иванов В. А., Медведев В. С. Математические основы теории оптимального и логического управления. М.: Изд-во МГТУ, 2011.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Иванов В. А., Медведев В. С. Математические основы теории оптимального и логического управления. М.: Изд-во МГТУ, 2011.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического управления. СПб.: Профессия, 2007.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического управления. СПб.: Профессия, 2007.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Белоконь С. А., Золотухин Ю. Н., Мальцев А. С., Нестеров А. А., Филиппов М. Н. Управление параметрами полета квадрокоптера при движении по заданной траектории // Автометрия. 2012. № 5. С. 32-41.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Белоконь С. А., Золотухин Ю. Н., Мальцев А. С., Нестеров А. А., Филиппов М. Н. Управление параметрами полета квадрокоптера при движении по заданной траектории // Автометрия. 2012. № 5. С. 32-41.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit20"><label>20</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Universal Mechanism - the software for modeling of dynamics. URL: http://www.universalmechanism.com</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Universal Mechanism - the software for modeling of dynamics. URL: http://www.universalmechanism.com</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit21"><label>21</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Примеры компьютерной апробации алгоритма для плоской кинематической задачи. URL: www.youtube.com/watch?v= TMI23zxlNso, www.youtube.com/watch?v=lkr6sEvJ6Ek</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Примеры компьютерной апробации алгоритма для плоской кинематической задачи. URL: www.youtube.com/watch?v= TMI23zxlNso, www.youtube.com/watch?v=lkr6sEvJ6Ek</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit22"><label>22</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Примеры компьютерной апробации алгоритма для плоской динамической задачи. URL: https://www.youtube.com/watch?v= yyidxOUm-o8</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Примеры компьютерной апробации алгоритма для плоской динамической задачи. URL: https://www.youtube.com/watch?v= yyidxOUm-o8</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit23"><label>23</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Примеры компьютерной апробации алгоритма управления квадрокоптером в МАС. URL: www.youtube.com/watch?v= 8a3Bgpg3Vas, www.youtube.com/watch?v=aORtgg11aNk</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Примеры компьютерной апробации алгоритма управления квадрокоптером в МАС. URL: www.youtube.com/watch?v= 8a3Bgpg3Vas, www.youtube.com/watch?v=aORtgg11aNk</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
