Стабилизация квадрокоптера на заданном удалении от объекта

Введение

Квадрокоптер является беспилотным летательным аппаратом (БЛА). Он представляет собой платформу с четырьмя роторами, одна пара которых вращается по часовой стрелке, другая - против часовой стрелки. По сравнению с БЛА вертолетного типа с несущим и рулевым винтами, квадрокоптеры обладают рядом преимуществ, таких как: надежность и простота конструкции, большая стабильность, компактность и маневренность, малая взлетная масса при существенной массе полезной нагрузки.

Область применения квадрокоптеров достаточно широка. Он может быть использован как недорогое и эффективное средство для получения фото и видео изображений с воздуха, в том числе в плохих погодных условиях. Благодаря тому, что квадрокоптер дистанционно управляемый летательный аппарат, он хорошо подходит для наблюдения и контроля объектов и зон, доступ к которым затруднен (например, в случае естественных или техногенных катастроф) или в условиях непригодных для человека, таких как повышенный уровень радиации или сильное загрязнение воздуха.

Основной задачей управления таким БЛА является его стабилизации в условиях воздействия внешних возмущающих факторов, таких как сильный порывистый ветер.

Цель работы:

разработка алгоритма стабилизации квадрокоптера на заданном расстоянии от объекта на основе комплексной обработки информации, получаемой от двух разнесённых видеокамер и датчиков положения БЛА (акселерометры, гироскопы);

исследование эффективности разработанного алгоритма с применением математической модели мультикоптера, разработанной в системе MatLab.

1.Объект исследования

.1 Устройство и принцип работы квадрокоптера

Квадрокоптер представляет собой платформу с четырьмя роторами. Центральная часть квадрокоптера служит для размещения контроллера, батареи и полезной нагрузки (например, видеокамеры). Радиально от центра на балках устанавливаются микроэлектродвигатели с несущими винтами, образуя крестообразную конструкцию аппарата.

Рис. 1.1. Схематическое изображение квадрокоптера

Во время полета квадрокоптер поддерживает горизонтальное положение относительно земли, может парить на месте, вращаться относительно вертикальной оси, перемещаться в любом направлении. Для компенсации вращающего момента, вызванного вращением роторов, у квадрокоптера 1-й и 3-й роторы вращаются по часовой стрелке, а 2-ой и 4-ый - против часовой стрелки. Для того чтобы квадрокоптер начал движение необходимо вывести его из состояния баланса путем увеличения силы тяги (скорости вращения) части пропеллеров, в результате квадрокоптер наклоняется и начинает движение в нужном направлении. Для поворота квадрокоптера вокруг своей оси необходимо ускорить вращение одной пары пропеллеров вращающихся в одном направлении и замедлить вращение другой пары пропеллеров.

Например, чтобы повернуть аппарат вокруг своей оси против часовой, 1-й и 3-й роторы должны вращаться быстрее, а 2-й и 4-й роторы должны замедлиться. Основные режимы полета и стабилизация квадрокоптера обеспечивается с помощью контроллера размещенного на нем. Контроллер на основании данных полученных от датчиков при помощи специальной программы рассчитывает скорости вращения роторов и подает на двигатели соответствующие управляющие сигналы. Минимальным набором датчиков необходимых для стабилизации квадрокоптера являются акселерометры - для измерения ускорения и гироскопы - для определения углов наклона. Кроме того, квадрокоптер может быть оборудован барометром, магнитомером (компасом) и даже GPS-навигатором.