Управление автономной посадкой БПЛА самолетного типа на статическую и динамическую посадочные площадки по «гибким» кинематическим траекториям

В современном мире все большую популярность в качестве легких и недорогих инструментов как военного, так и гражданского применения находят беспилотные летательные аппараты (БПЛА) самолетного типа. Заключительным и одним из важнейших этапов полета данных БПЛА является посадка. В связи с этим задача автоматизации управления посадкой БПЛА в сложных метеорологических условиях становится все более актуальной. В ряде случаев для дозаправки и подзарядки БПЛА целесообразно использовать динамическую подвижную посадочную площадку (ППП) вместо традиционной статической (неподвижной) посадочной площадки (НПП). В данной работе рассматривается постановка и решение задачи управления терминальным посадочным маневром БПЛА как на НПП, так и на ППП, обеспечивающим его переход из текущего начального состояния в целевое терминальное состояние по «гибким» кинематическим траекториям. В качестве ППП рассматривается специальное устройство для «ловли» БПЛА, оборудованное на автомобиле.
Для решения задачи автоматической посадки БПЛА на НПП разработана математическая модель динамики его продольного движения с пространственной синхронизацией перемещений. Разработан и исследован алгоритм управления конечным вертикальным посадочным маневром БПЛА на НПП методом обратных задач динамики с использованием принципа «гибких» кинематических траекторий.
Для решения задачи автоматической посадки БПЛА на ППП разработана математическая модель динамики его пространственного движения с пространственной синхронизацией перемещений. Разработан и исследован алгоритм управления терминальным посадочным маневром БПЛА на ППП методом обратных задач динамики с использованием принципов «гибких» кинематических траекторий и наведения на точку прицеливания.
Разработано соответствующее программное обеспечение, позволяющее анализировать выполнение посадочного маневра БПЛА. В среде MATLAB проведена компьютерная апробация разработанных алгоритмов на примере управления посадочными маневрами БПЛА «Aerosonde" в условиях различных ветровых возмущений.

1. Беспилотные летательные аппараты / Справочное пособие. Воронеж: Изд-во Полиграфический центр "Научная книга", 2015. 616 с.

2. Биард Р. У., МакЛэйн Т. У. Малые беспилотные летательные аппараты: теория и практика. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2015. 312 с.

3. Gautam A., Sujit P. B., Saripalli S. A Survey of Autonomous Landing Techniques for UAVs // In Proceedings of the 2014 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), Orlando, FL, USA. 2014. P. 1210—1218.

4. Гоммер А. С. Обзор методов автономной посадки БПЛА // Наукоемкие исследования как основа инновационного развития общества: сборник статей Международной научно-практической конференции, в 4 ч. Ч. 2. Уфа: ОМEGA SCIENCE, 2019. С. 70—76.

5. Агеев А. М., Беляев В. В., Бондарев В. Г., Проценко В. В. Системы автоматической посадки беспилотных летательных аппаратов: проблемы и пути решения // Военная мысль. 2020. № 4. С. 130—136.

6. Кравченко П. П., Куликов Л. И., Щербинин В. В. Применение метода оптимизированных дельта-преобразований в задаче управления посадкой беспилотного летательного аппарата // Известия РАН. Теория и системы управления. 2019. № 5. С. 130—144.

7. Пенязь И. М. Инновационные разработки, касающиеся способа безаварийной посадки современных беспилотных летательных аппаратов // Проблемы безопасности полетов. 2029. № 10. С. 34—38.

8. Burchett B. T. Feedback Linearization Guidance for Approach and Landing of Reusable Launch Vehicles // in American Control Conference. Proceedings of the 2005. IEEE, 2005. P. 2093—2097.

9. Nho K., Agarwal R. K. Automatic Landing System Design Using Fuzzy Logic // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2000. Vol. 23, N. 2. P. 298—304.

10. Malaek S., Sadati N., Izadi H., Pakmehr M. Intelligent Autolanding Controller Design using Neural Networks and Fuzzy Logic // in Control Conference, 5th Asian. 2004. Vol. 1. IEEE. P. 365—373.

11. Wang R., Zhou Z., Shen Y. Flying-wing UAV Landing Control and Simulation based on Mixed h2/h // Mechatronics and Automation, ICMA 2007. International Conference on. IEEE. 2007. P. 1523—1528.

12. Подоплекин Ю. Ф., Шаров С. Н. Ключевые вопросы теории и проектирования систем посадки беспилотных летательных аппаратов на малоразмерные суда // Информационно-управляющие системы. 2013. № 6. С. 14—24.

13. Hérissé B., Hamel T., Mahony R., Russotto F.-X. Landing a VTOL Unmanned Aerial Vehicle on a Moving Platform Using Optical Flow // IEEE Transactions on Robotics. 2012. Vol. 28, N. 1. P. 77—89.

14. Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. Методы "гибких" траекторий в задачах терминального управления вертикальными маневрами летательных аппаратов / Гл. 2 в монографии "Проблемы управления сложными динамическими объектами авиационной и космической техники". М.: Машиностроение, 2015. С. 51—110.

15. Теряев Е. Д., Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б., Петрин К. В. Концепция "гибких кинематических траекторий" в задачах терминального управления подвижными объектами // Мехатроника, автоматизация, управление. 2011. № 12. С. 7—15.

16. Бюшгенс Г. С., Студнев Р. В. Аэродинамика самолета: Динамика продольного и бокового движения. М.: Машиностроение, 1979. 352 с.

17. Крутько П. Д. Обратные задачи динамики в теории автоматического управления. М.: Машиностроение, 2004. 406 с.

18. Филимонов Н. Б., Сергеев А. А. Синтез алгоритма управления вертикальным посадочным маневром БПЛА методом гибких кинематических траекторий // Journal of Advanced Research in Technical Science. 2019. Iss. 17-2. P. 150—156.

19. Burston M. T., Sabatini R., Clothier R., Gardi A. Reverse Engineering of a Fixed Wing Unmanned Aircraft 6-DoF Model for Navigation and Applications // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 629. P. 164—169.

20. Bateman F., Noura H.,Ouladsine M. Faultdiagnosis and Fault-Tolerant Control Strategy for Theaerosonde UAV // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2011. Vol. 47(3). P. 2119—2137.

21. Бюшгенс Г. С., Студнев Р. В. Динамика самолета. Пространственное движение. М.: Машиностроение, 1983. 320 с.

22. Паньков С. Я., Забураев Ю. Е., Матвеев А. М. Теория и методика управления авиацией. В 2 ч. Ч. 1. Ульяновск: УВАУ ГА, 2006. 190 с.

23. Сергеев А. А., Филимонов Н. Б. Управление посадочным маневром беспилотного летательного аппарата на подвижную платформу методом "гибких" кинематических траекторий // Известия вузов. Приборостроение. 2020. № 8. С. 689—695.