НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

УДК 517.925:519.71

МГТУ им. Н.Э. Баумана

s_tkachev@bmstu.ru

skipper@bmstu.ru

apkri@bmstu.ru

Рассматривается задача планирования траектории движения беспилотного летательного аппарата (БПЛА), при котором БПЛА пролетает заданные точки геометрического пространства (путевые точки) в заданные моменты времени. При этом в каждый момент времени значения переменных состояния и управлений должны подчиняться заданным ограничениям, вытекающим из особенностей БПЛА, условий полета и т.п.

Основные проблемы в такой задаче связаны с необходимостью учета ограничений. Предлагается подход, основанный на компоновке траектории из определенного набора типовых маневров, которые формируются с использованием сочетания аналитических методов расчета траекторий, методов математического моделирования и различных эвристических алгоритмов.

Заданные путевые точки разбивают искомую траекторию на сегменты. Существенного упрощения задачи удалось добиться за счет требования, чтобы расчет очередного сегмента траектории не влиял на расчет последующих сегментов и зависел только от состояния БПЛА, достигнутого на предыдущем сегменте. В этом случае планирование траектории проводится последовательно, от одного сегмента к другому.

Дополнительно предлагается каждый сегмент реализовывать как выполнение конечного набора таких типовых маневров.  В работе решается задача планирования маневра смены эшелона. Этот маневр в сочетании с прямолинейным равномерным движением позволяет планировать те сегменты траектории БПЛА, на которых движение может проходить в вертикальной плоскости, т.е. с постоянным значением путевого угла.

В работе описана нелинейная математическая модель движения БПЛА как материальной точки в траекторной системе координат, приведен метод решения терминальной задачи движения с помощью полиномов по времени и пример его использования, а также описаны два алгоритма планирования маневра смены эшелона на основе эвристического подхода. Приведены примеры использования этих алгоритмов. Представлены результаты моделирования и схема тестирования предлагаемого метода планирования.

Список литературы

1. Горбатенко С.А., Макашов Э.М., Полушкин Ю.Ф., Шефтель А.В.  Механика полета: Справочник. М: Машиностроение, 1989. 420 с.

2. Жевнин А.А., Крищенко А.П., Глушко Ю.В.  Управляемость и наблюдаемость нелинейных систем и синтез терминального управления // Докл. АН СССР, 1982. Т.266, N 4, С. 807-811.

3. Крищенко А.П., Канатников А.Н., Ткачев С.Б. К задаче построения траектории и управления движением летательных аппаратов // Международный МФНА-АНН научный журнал "Проблемы нелинейного анализа в инженерных системах", 2010. Т. 16, N 2 (34). P. 88-103.

4. Канатников А.Н., Крищенко А.П. Терминальное управление пространственным движением летательных аппаратов // Теория и системы управления, 2008. № 5, C. 51-64.

5. Канатников А.Н., Шмагина Е.А. Задача терминального управления движением летательного аппарата // Нелинейная динамика и управление: Сб. статей. Вып. 7 / Под ред. С.В. Емельянова, С.К. Коровина. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. С. 79-94.

6. Краснощеченко В.И., Крищенко А.П. Нелинейные системы: геометрические методы анализа и синтеза. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 520 с.