Projektowanie praw sterowania lotem grupowym bezzałogowych aparatów latających

Bezzałogowe aparaty latające (BAL) są obecnie wykorzystywane przez człowieka do różnorodnych zadań militarnych i cywilnych. Możemy tutaj wymienić m. in. zadania takie jak zwiad i rozpoznanie nad terytorium wroga, ocena szkód po działaniach wojennych, kontrolowanie ruchu ulicznego, patrolowanie granic państwa, monitorowanie upraw rolniczych, zliczanie dzikiej zwierzyny na dużych obszarach leśnych oraz wiele innych. Wszystkie te zadania mogą zostać wykonane szybciej i efektywniej przez grupę BAL połączonych wspólnym prawem sterowania.  Implementacja praw sterowania lotem grupowym powinna być poprzedzona wnikliwą analizą tworzonego algorytmu sterowania oraz jego licznymi badaniami symulacyjnymi pozwalającymi na weryfikację proponowanego podejścia. W artykule przedstawiono problem sterowania lotem grupowy BAL. Zaprezentowano opracowaną metodę sterowania lotem grupowym BAL opartą o układ Leader/Follower. W oparciu o założony model dynamiki pojedynczego obiektu (mikro-samolotu) zbudowano model symulacyjny w środowisku Matlab/Simulink z użyciem przyborników Control, Flight Dynamics and Control oraz Aerospace. Pokazane zostały matematyczne podstawy tej metody oraz zaprezentowano proces projektowania praw sterowania grupą BAL. Następnie dokonano weryfikacji zaprojektowanych praw sterowania. Przeprowadzono szereg badań symulacyjnych a ich wyniki zaprezentowano w formie wykresów przedstawiających przebiegi czasowe parametrów nawigacyjnych Leader’a oraz Follower’a (prędkość, kierunek, wysokość, tor lotu, profil lotu). Uzyskane wyniki pozwalają ocenić słuszność przyjętego procesu projektowania praw sterowania oraz ich efektywność a także możliwość implementacji na komputerze pokładowym mikro-samolotu.

Pełny tekst (pdf)

1. Giulietti F., Pollini L., Innocenti M.: Autonomous Formation Flight, IEEE Control System Magazine, 20 (2000) 34-44.
2. Wan S., Campa G., Napolitano M.R., Seanor B., Gu Y.: design of formation control laws for research aircraft models, AIAA Guidance, Navigation and Control Conference and Exhibit, Austin, USA 2003, AIAA article number 2003-5730.
3. Gingras D. R., Player J. L., and Blake,W. B.: Static and dynamicwind tunnel testing of airvehicles in close proximity, AIAA Paper 2001-4137, 2001.
4. Ray R.J., Cobliegh B.R., Vachon M J., Clinton St. J.: Flight test techniques used to evaluate performance benefits during formation flight, NASA/TP-2002-210730, 2002.
5. Iglesias S., Mason W. H.: Optimum spanloads in formation flight, AIAA Paper 2002-0258, 2002.
6. Scharaf D.P., Hadaeg F.Y., Ploen S.R.: A Survey of spacecraft formation flying guidance and control (Part II): Control, Proc. American Control Conference, Boston 2004.
7. McCammish S., Pachter M., D’Azzo J. J., Reyna V.: Optimal formation flight control, AIAA Guidance, Navigation and Control Conference, 1996.
8. Boskovic J.D., Sun Z., Song Y.D., An adaptive reconfigurable formation flight control design, Proc. American Control Conference, Ohio 2003, pp. 284-289.
9. Li B., Liao X.H., Sun Z., Li Y., Song Y.D.: Robust autopilot for close formation flight of multi-UAVs, system theory, Proc. 38th Southeastern Synposium, Cookeville 2006, pp. 258-262
10. Schumacher C.J., Singh S.N.: Nonlinear control of multiple UAVs in close-coupled formation flight, AIAA paper, 2000.
11. Kondratiuk M.: The simulation research on aerodynamic characteristics of the micro delta wing UAV with mechanical barriers located near edges of attack (in Polish), Acta Mech. Automatica, 4 (2010) 54-59.
12. Ambroziak L., Gosiewski Z., Kondratiuk M.: Aerodynamics characteristics identification of  micro air vehicle (in Polish), Trans. Institute Aviation, 216 (2011) 17-29.
13. Mystkowski A., Robust control of micro UAV dynamics with an autopilot, J. Theor. Appl. Mech., 51 (2013) 751-761.
14. Knoebel N.B., Osborne S.R., Matthews J.S., Eldredge A.M., Beard R.W.: Computationally simple model reference adaptive control for miniature air vehicles, Proc. American Control Conference, Minneapolis, Minesota 2006, pp. 5978-5983.
15. Kaniewski P.: Struktury, modele i algorytmy w zintegrowanych systemach pozycjonujących  i nawi-gacyjnych, Wyd. WAT, Warszawa 2010.
16. Control System Toolbox User’s Guide 2013b Mathworks.
17. FDC 1.2 - A Simulink Toolbox for Flight Dynamic and Control Analysis, 2001.
18. Aerospace Blockset for use with Simulink User’s Guide 2013b Mathworks.