Задача №2 Доставка груза

1. Задача №2 Доставка груза

Разработчик задачи:
Отдел Автоматизации Экспериментов
института №3 МАИ

2. Описание задачи

Задача №2 – Описание задачи
Описание задачи
Одной из перспективных областей
применения БЛА является оперативная
доставка грузов первой необходимости
в зоны чрезвычайной ситуации. Это
направление развития беспилотных
систем
особенно
актуально
для
регионов России с низкой транспортной
доступностью.
2/10

3. Постановка задачи и критерии оценки

Задача №2 – Постановка задачи
Постановка задачи и критерии оценки
Формулировка задачи:
Разработайте
программу,
реализующую
автоматическое управление углом крена и тангажа
БЛА для осуществления автоматической доставки
груза в зону ЧС.
Критерий оценивания:
Оценивается точность доставки груза. Оценка
осуществляется путём расчёта расстояния от
фактической точки доставки до центра зоны
доставки.
Входные данные: Симулятор полёта БЛА; система
автоматического
управления
БЛА
(кроме
регуляторов в каналах крена и тангажа);
навигационные параметры БЛА в каждый момент
времени (координаты и углы ориентации).
• Если расстояние от точки доставки до
центра зоны доставки меньше 0.5 метров –
за решение задачи начисляется 6 баллов.
Выходные данные: Программа на Arduino,
реализующая автоматическую доставку груза по
заданным координатам.
• За каждые дополнительные 3 метра ошибки
доставки груза снимается 1 балл.
• Правильный ответ на вопрос по теории
прибавляет 1 балл (всего 2 вопроса).
• Время на выполнение без учёта тестовых
вопросов = 110 мин
3/10

4. Доставка груза

Задача №2 – Теоретическая справка
Доставка груза
Груз
требуется
доставить
по
координатам: 430, 512 м. Высота точки
доставки 18.5 метров. Во избежание
повреждения груза, высота сброса не
должна превышать 50 м.
Для отправки команды на сброс груза
требуется установить флаг
cargo_drop = true;
4/10

5. Управление разворотом БЛА

Задача №2 – Теоретическая справка
Управление разворотом БЛА
Система сил при полёте с креном на
постоянной высоте
Yg
Ry a cos
Ry a ya P sin
Ry a sin
G
Угловая скорость разворота по курсу при
полёта БЛА с постоянной скоростью V на
постоянной высоте H и при малом угле крена
γ определяется соотношением:
d
g
=
dt
57.3 V
При этом мгновенный радиус разворота
может быть рассчитан как:
V2
R
g tan
5/10

6. ПИД регулятор для управления БЛА

Задача №2 – Теоретическая справка
ПИД регулятор для управления БЛА
Пропорциональный
коэффициент усиления
Дифференциальный
коэффициент усиления
Заданное значение
регулируемой
величины
Текущее значение
регулируемой
величины
Управляющая команда
для БЛА
Интегральный
коэффициент усиления
Блок насыщения,
ограничивающий
минимальное и
максимальное
значение величины
6/10

7. ПИД регулятор для управления БЛА

Задача №2 – Теоретическая справка
ПИД регулятор для управления БЛА
Перерегулирование
Точность переходного
процесса (трубка точности)
Время затухания
Перерегулирование
переходного
процесса
приводит
к
отклонению
выходного
сигнала
от
желаемой
величины, обычно оно вызвано слишком
сильным пропорциональным звеном
регулятора.
Время
затухания
–
зависит
от
колебательности системы и величины
дифференциального звена регулятора.
Точность переходного процесса, а также
установившееся
значение
ошибки
зависят от принятой трубки точности и
величины
интегрального
звена
регулятора.
7/10

8. Система координат в симуляторе

Задача №2 – Теоретическая справка
Система координат в симуляторе
Размер карты 2 на 2 км. Начало
координат – в центре карты. Выход
за границы карты запрещён.
Положительное
направление
разворота по углу курса – по
часовой стрелке.
Начальное местоположение БЛА:
0, 0 м. Высота 65 м. Угол курса: 0
град (БЛА летит на север).
8/10

9. Шаблон программы САУ БЛА

Задача №2 – Теоретическая справка
Шаблон программы САУ БЛА
Алгоритмы системы автоматического
управления должны быть размещены в
файле Task.cpp. Он содержит две
функции:
Функция setup() вызывается только один
раз при запуске программы.
Функция
loop()
вызывается
после
завершения выполнения функции setup()
в бесконечном цикле с частотой 100 Гц.
Обратите внимание, что углы поворота
БЛА по тангажу не должны превышать 20
градусов; а углы поворота по крену не
должны превышать 30 градусов.
9/10

10. Алгоритм решения

Задача №2 – Декомпозиция задачи
Алгоритм решения
1. Выбрать структуру законов управления в каналах крена и
тангажа.
2. Определить необходимые значения угла курса и высоты
для достижения точки доставки груза.
3. Рассчитать момент времени для сброса груза.
4. Отработать разработанный алгоритм на симуляторе.
5. Проанализировать полученный результат и доработать
алгоритмы управления.
10/10