Метод динамического синтеза коэффициентов адаптивного LQR регулятора в сочетании с пид-регулятором в системе управления мультироторным БВС

Цель данной работы состоит в повышении надежности и стабильности системы управления беспилотным воздушным судном (СУ БВС) мультироторного типа на основе применения нового метода динамического LQR-синтеза коэффициентов усиления и формирования управляющих воздействий. Разработанный метод обеспечивает адаптацию в режиме реального времени СУ БВС к внешним воздействиям за счет динамически изменяемых весовых коэффициентов матриц стоимости Q и R, а также формируемых коэффициентов динамической модели БВС. Проведено сравнение
синтезированного регулятора на базе разработанного метода с ПИД-регулятором, который широко применяется в современных БВС. Выявлено, что разработанный метод работает сравнительно лучше, показывая при определенных экспериментальных условиях процент корреляции выходного воздействия к желаемому угловому положению больше на 26 %, чем ПИД-регулятор со статическими коэффициентами. При этом временной интервал переходного процесса регуляции с использованием предлагаемого
метода в среднем в 5 раз меньше, чем у рассматриваемого аналога.

Ключевые слова

LQR; LQ-регулятор; адаптивный LQR; адаптивный регулятор; адаптивный LQ-регулятор; СУ БВС.

Литература

1. Praveen, V. Modeling and Simulation of Quadcopter Using PID Controller / V. Praveen, S. Pillai // International Journal Control Theory and Applications. - 2016. - V. 9, № 15. - P. 7151-7158.
2. Hayes, B. Design of PID Controllers Using Filippov's Method for Stable Operation of DC-DC Converters / B. Hayes, M. Condon, D. Giaouris // International Journal Circuit Theory Applications. - 2016. - V. 44, № 7. - P. 1437-1454.
3. Jinqiang Xu. An Expert PID Control Algorithm Based on Anti-Integration Saturation / Jinqiang Xu // Proceedings 2017 IEEE 2nd Advanced Information Technology, Electronic and Automation Control Conference. - 2017. - P. 1536-1539.
4. Wen-Hua Chen. Nonlinear PID Predictive Controller / Wen-Hua Chen, D.J. Ballance, P.J. Gawthrop, J.J. Gribble, J. O'Reilly // IEE Proceedings Control Control Theory and Applications. - 1999. - V. 146, № 6. - P. 603-611.
5. Simon, J.D. A Theory of Modal Control / J.D. Simon, S.K. Mitter // Information and Control. - 1968. - V. 13, № 4. - P. 316-353.
6. Косицын, В.Г. Синтез систем управления с нечетким модальным регулятором / В.Г. Косицын, В.А. Соловьев // Информатика и системы управления. - 2002. - № 2. - С. 82-87.
7. Kickert, W.J. Analysis of a Fuzzy Logic Controller / W.J. Kickert, E.H. Mamdani // In Readings in Fuzzy Sets for Intelligent Systems. - 1993. - V. 1, № 1. - P. 290-297.
8. Чичерова, Е.В. Исследование свойств робастности нечетких логических регуляторов на примере контура управления расходом топлива газотурбинного двигателя / Е.В. Чичерова // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королева. - 2012. - № 3-1 (34). - С. 145-152.
9. Филимонов, А.Б. Некоторые проблемные аспекты нечеткого ПИД регулирования / А.Б. Филимонов, Н.Б. Филимонов // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2018. - Т. 19, № 12. - С. 762-769.
10. Кибардин, В.В. Критерии оптимального управления и LQR-оптимизация в электроприводе / В.В. Кибардин, О.А. Ковалева, В.Н. Язев // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. - 2015. - № 12. - С. 61-73.
11. Argentim, L.M. PID, LQR and LQR-PID on a Quadcopter Platform / L.M. Argentim, W.C. Rezende, P.E. Santos, R.A. Aguiar // Proceedings 2013 International Conference of Informatics, Electronics and Vision. - Dhaka, 2013. - P. 1-6.
12. Shilin, A. Synthesis of a Fuzzy Controller by a Second-Order Object with Delay / A. Shilin, H. Pham Trong, V. Nguyen Vuong // Informatics and Automation. - 2024. - № 5 (23). - P. 1505-1531.
13. Shmalko, E. Optimal Control Problems in Collaborative Multi-agent Robotic Systems / E. Shmalko, V. Serebrenny // Interactive Collaborative Robotics. - 2024. - V. 14898. - P. 281-292.
14. Tuyen, T. Adaptive Fast Terminal Sliding Mode (FTSM) Control and High Gain Observer (HGO) for Multi-Motor Web Transport Systems / T. Tuyen, T. Tinh, K. Krestovnikov // Interactive Collaborative Robotics. - 2024. - V. 14898. - P. 131-143.
15. Колотов, М.Е. Декомпозиция линейной модели квадрокоптера / М.Е. Колотов, Т.А. Смирнова // Молодой ученый. - 2016. - № 13. - С. 29-33.
16. Luukkonen, T. Modelling and Control of Quadcopter / T. Luukkonen // Independent Research Project in Applied Mathematics. - 2011. - V. 22, № 22. - 26 p.
17. Dharmawan, A. Model of Linear Quadratic Regulator (LQR) Control Method in Hovering State of Quadrotor / A. Dharmawan, T.K. Priyambodo // Journal of Telecommunication, Electronic and Computer Engineering. - 2017. - V. 9, № 3. - P. 135-143.