Методы и алгоритмы группового управления беспилотными летательными аппаратами самолетного типа

Т. З. Муслимов

Методы и алгоритмы группового управления беспилотными летательными аппаратами самолетного типа

Т. З. Муслимов

Аннотация

Представлены результаты исследования процесса управления строем автономных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) самолетного типа с целью повышения эффективности управления формированием и поддержанием строя за счет разработки методов и алгоритмов децентрализованного управления, учитывающих нелинейный характер структуры систем «автопилот–аппарат». Для достижения данной цели поставлены и решены следующие задачи: 1. Анализ возможных подходов к решению задачи группового управления и выбор среди них тех, на основе которых возможна разработка децентрализованного группового управления БПЛА. 2. Синтез автопилота одиночного автономного БПЛА, отвечающего требованиям алгоритма группового управления. 3. Разработка методов и алгоритмов группового управления БПЛА с учетом особенностей динамики реальных систем «автопилот–БПЛА». 4. Модификация полученных методов и алгоритмов с целью обеспечения адаптивного управления в случае неопределенной или меняющейся динамики системы «автопилот-БПЛА». 5. Разработка математической модели в среде MATLAB/Simulink, позволяющей провести моделирование управления группами БПЛА и выполнение вычислительных экспериментов с целью оценки эффективности разработанных алгоритмов. Методологическую основу работы составили методы линейной алгебры, теории группового управления, метод функций Ляпунова, методы теории нечеткой логики, теории нелинейного управления, теории адаптивного управления, компьютерного моделирования.

Ключевые слова

стайное управление; управление роем; групповая робототехника.

Полный текст:

PDF

Литература

Kovács, G. L. “Artificial intelligence and Robotics in Digital Production and beyond” // Системная инженерия и информационные технологии. 2021. Vol. 3, No. 1(5), pp. 5-19. EDN KWRATY.

Метод реконфигурации кинематической структуры мехатронно-модульного робота в недетерминированных условиях / В. И. Петренко, Ф. Б. Тебуева, А. С. Павлов, М. М. Гурчинский // Системная инженерия и информационные технологии. 2020. Т. 2, № 2(4). С. 57-65. EDN EDHHZS. [[ “Method for reconfiguring the kinematic structure of a mechatronic-modular robot in non-deterministic conditions” / V. I. Petrenko, F. B. Tebueva, A. S. Pavlov, M. M. Gurchinsky // System Engineering and Information Technologies. 2020, Vol. 2, No. 2(4), pp. 57-65. (In Russian). ]]

Kiss D., Tevesz G. “The RTR path planner for differential drive robots” // Системная инженерия и информационные технологии. 2020. Vol. 2, No. 2(4), pp. 16-22. EDN ZPDFWH.

Вохминцев А. В. Методология решения проблемы одновременной навигации и построения карты на основе комбинирования визуальных и семантических характеристик окружающей среды // Системная инженерия и информационные технологии. 2023. Т. 5, № 3(12). С. 136-155. EDN EFOFFO. [[ Vokhmintsev A. V. “Methodology for solving the problem of simultaneous navigation and map construction based on combining visual and semantic characteristics of the environment” // System Engineering and Information Technologies. 2023, Vol. 5, No. 3(12), pp. 136-155. (In Russian). ]]

Муслимов Т. З., Мунасыпов Р. А. Проблемы поддержки принятия решений при групповом управлении БПЛА // Proceedings of the 2nd International Conference Intelligent Technologies for Information Processing and Management (ITIPM'2014). Уфа, 2014. С. 196-199. EDN VYEWXF. [[ Muslimov T. Z., Munasypov R. A. “Problems of decision support for group control of UAVs” // Proceedings of the 2nd International Conference Intelligent Technologies for Information Processing and Management (ITIPM'2014). Ufa, 2014, pp. 196-199. (In Russian). ]]

Муслимов Т. З., Мунасыпов Р. А., Хабибуллина Р. Р. Интеллектуальная система поддержки принятия решений для группового управления автономными БПЛА // Proceedings of the 4th International Conference Information Technologies for Intelligent Decision Making Support (ITIDS'2016). Уфа, 2016. С. 193-195. EDN WJDUQT. [[ Muslimov T. Z., Munasypov R. A., Khabibullina R. R. “Intelligent decision support system for group control of autonomous UAVs” // Proceedings of the 4th International Conference Information Technologies for Intelligent Decision Making Support (ITIDS'2016). Ufa, 2016, pp. 193-195. (In Russian). ]]

Муслимов Т. З. Методы и алгоритмы группового управления беспилотными летательными аппаратами самолетного типа: дис. … канд. техн. наук : спец. 05.13.01 «Системный анализ, управление и обработка информации (информационные и технические системы)» / Муслимов Тагир Забирович ; Уфимский гос. авиационный техн. ун-т. Уфа, 2020. 164 с. EDN CKVTJZ. [[ Muslimov T. Z. Methods and Algorithms for Group Control of Aircraft-type Unmanned Aerial Vehicles: dis. ... Cand. Tech. Sciences: spec. 05.13.01 “System analysis, management and information processing (information and technical systems)” / Tagir Zabirovich Muslimov; Ufa State Aviation Tech. Univ. Ufa, 2020. 164 pp. (In Russian). ]]

Муслимов Т. З., Мунасыпов Р. А. Децентрализованное групповое нелинейное управление строем беспилотных летательных аппаратов самолетного типа // Мехатроника, автоматизация, управление. 2020. Т. 21, № 1. С. 43-50. DOI: 10.17587/mau.21.43-50 [[ Muslimov T. Z., Munasypov R. A. “Decentralized group nonlinear control of a formation of aircraft-type unmanned aerial vehicles” // Mechatronics, Automation, Control. 2020, Vol. 21, No. 1, pp. 43-50. (In Russian). ]]

Muslimov T. Z., Munasypov R. A. “Consensus-based cooperative control of parallel fixed-wing UAV formations via adaptive backstepping” // Aerospace Science and Technology. 2021. Vol. 109. DOI: 10.1016/j.ast.2020.106416 [[ (In Russian). ]]

Муслимов Т. З. Алгоритмы управления строем автономных беспилотных летательных аппаратов самолетного типа с помощью метода векторного поля // Системы управления, связи и безопасности. 2019. № 4. С. 187-214. DOI: 10.24411/2410-9916-2019-10407 [[ Muslimov T. Z. “Algorithms for controlling the formation of autonomous unmanned aerial vehicles of aircraft type using the vector field method” // Control, Communication, and Security Systems. 2019, No. 4, pp. 187-214. (In Russian). ]]

Yamaguchi H., Arai T. Distributed and autonomous control method for generating shape of multiple mobile robot group // Proc. IEEE/RSJ Int. Conf. Intell. Robot. Syst. 1994. Vol. 2. P. 800–807. DOI: 10.1109/IROS.1994.407547

Yamaguchi H. A Cooperative Hunting Behavior by Mobile-Robot Troops // The International Journal of Robotics Research. 1999. Vol. 18. №. 9. P. 931-940. DOI: 10.1177/02783649922066664

Yamaguchi H., Arai T., Beni G. A distributed control scheme for multiple robotic vehicles to make group formations // Rob. Auton. Syst. 2001. Vol. 36, № 4. P. 125–147. DOI: 10.1016/S0921-8890(01)00133-6

Мунасыпов Р. А., Муслимов Т. З. Групповое управление беспилотными летательными аппаратами на основе метода пространства относительных состояний // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19, № 2. C. 120–125. EDN YPJMGL. [[ Munasypov R. A., Muslimov T. Z. “Group control of unmanned aerial vehicles based on the relative state space method” // Mechatronics, Automation, Control. 2018, Vol. 19, No. 2, pp. 120–125. (In Russian). ]]

Муслимов Т. З., Мунасыпов Р. А. Децентрализованное управление круговыми формациями беспилотных летательных аппаратов на основе метода векторного поля // Вестник УГАТУ. 2019. Т. 23. № 3(85). С. 112–121. EDN LOEPZX. [[ Muslimov T. Z., Munasypov R. A. “Decentralized control of circular formations of unmanned aerial vehicles based on the vector field method” // Vestnik UGATU. 2019, Vol. 23, No. 3(85), pp. 112–121. (In Russian). ]]

Muslimov T. Z., Munasypov R. A. “Consensus-based cooperative circular formation control strategy for multi-UAV system” // IEEE Int. Russian Automation Conf. (RusAutoCon). 2019. DOI: 10.1109/rusautocon.2019.8867733

Muslimov T. Z., Munasypov R. A. “Adaptive decentralized flocking control of multi-UAV circular formations based on vector fields and backstepping” // ISA Transactions. 2020. Vol. 107. P. 143-159. DOI: 10.1016/j.isatra.2020.08.011

Margaliot M., Langholz G. New Approaches to Fuzzy Modeling and Control: Design and Analysis. Singapore, New Jersey, London, Hong Kong: World Scientific, 2000. DOI: 10.1142/4446

Muslimov T. Z., Munasypov R. A. “UAV formation flight using non-uniform vector field and fuzzy self-tuning PD-control” // IEEE Int. Russian Automation Conf. (RusAutoCon). 2018. DOI: 10.1109/rusautocon.2018.8501769

Muslimov T. Z., Munasypov R. A. “Multi-UAV cooperative target tracking via consensus-based guidance vector fields and fuzzy MRAC” // Aircraft Engineering and Aerospace Technology. 2021. Vol. 93. №. 7. P. 1204-1212. DOI: 10.1108/AEAT-02-2021-0058

Kownacki C., Ambroziak L. “Local and asymmetrical potential field approach to leader tracking problem in rigid formations of fixed-wing UAVs” // Aerospace Science and Technology. 2017. Vol. 68, pp. 465-474. DOI: 10.1016/j.ast.2017.05.040

Kingston D., Beard R.W. “UAV splay state configuration for moving targets in wind” // Advances in Cooperative Control and Optimization. Lecture Notes in Control and Information Sciences, vol 369. Berlin, Heidelberg: Springer, 2007, pp. 109–128. DOI: 10.1007/978-3-540-74356-9_7

Muslimov T., Munasypov R. “Cooperative guidance for waypoint following of distributed multi-UAV system” // Interactive Collaborative Robotics. ICR 2020. Lecture Notes in Computer Science. 2020. Vol. 12336, pp. 234-242. DOI: 10.1007/978-3-030-60337-3_23

Muslimov T., Munasypov R. “Three-dimensional consensus-based control of autonomous UAV swarm formations” // Proceedings of 15th International Conference on Electromechanics and Robotics "Zavalishin's Readings". Smart Innovation, Systems and Technologies. 2021. Vol. 187, pp. 69-80. DOI: 10.1007/978-981-15-5580-0_5

Muslimov T. “Cooperative circumnavigation with robust vector field guidance for multiple UAVs in unknown wind environments” // Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2023. Vol. 109. №. 4. DOI: 10.1007/s10846-023-02000-3

Ссылки

На текущий момент ссылки отсутствуют.