Суан Зунг Май — аспирант; кафедра компьютерных систем в управлении и проектировании
Томск
Xuan Dung Mai — Post-Graduate Student; Department of Computer Control and Design Systems
Tomsk
Илья Александрович Ходашинский — д-р техн. наук, профессор; кафедра компьютерных систем в управлении и проектировании
Томск
Ilya А. Hodashinsky — Dr. Sci., Professor; Department of Computer Control and Design Systems
Tomsk
Квадрокоптеры являются одним из наиболее применяемых типов беспилотных летательных аппаратов благодаря простой конструкции, высокой маневренности, универсальности и экономичности. Однако управление движением квадрокоптера по заданной траектории является серьезной проблемой из-за нелинейностей, внешних возмущений и ограничений привода. Пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор является удобным инструментом управления при использовании современных методов оптимизации. Целью работы является повышение эффективности управления движением квадрокоптера по заданной траектории с использованием ПИД-регулятора, коэффициенты которого оптимизированы метаэвристическим алгоритмом 3S Optimizer. Управление квадрокоптером осуществляется путем формирования сигналов для четырех двигателей, которые обеспечивают соответствующие угловые скорости, позволяющие достичь заданного положения и ориентации в пространстве. Схема управления квадрокоптером разработана по иерархической модели, включающей три вложенных контура управления. Проектирование ПИД-регуляторов с использованием 3S Optimizer формулируется как задача оптимизации с ограничениями на перерегулирование, время нарастания и время переходного процесса. Проведены два типа экспериментов: 1) проверка реакции системы управления на входные сигналы в виде единичных скачков; 2) проверка способности системы управления следовать заданной траектории. В обоих экспериментах системы управления с настройками алгоритмом 3S Optimizer практически по всем критериям показали лучшие результаты.
Quadcopters are one of the most widely used types of unmanned aerial vehicles due to their simple design, high maneuverability, versatility and cost-effectiveness. However, controlling the movement of the quadcopter along a given trajectory is a serious problem due to non-linearities, external disturbances and drive limitations. The proportionalintegral-differential (PID) controller is a convenient control tool when using modern optimization methods. The aim of the work is to increase the efficiency of controlling the movement of a quadcopter along a given trajectory using a PID controller, the coefficients of which are optimized by the 3S Optimizer metaheuristic algorithm. The quadcopter is controlled by generating signals for four engines, which provide the appropriate angular velocities to achieve a given position and orientation in space. The quadcopter’s control scheme is designed according to a hierarchical model that includes three nested control circuits. The design of PID controllers using 3S Optimizer is formulated as an optimization problem with limitations on overshoot, rise time, and transition time. Two types of experiments are conducted: 1) checking the response of the control system to input signals in the form of single jumps; 2) checking the ability of the control system to follow a given trajectory. In both experiments, control systems with settings using the 3S Optimizer algorithm shows the best results by almost all criteria.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.