03 марта 2016г.
Малые беспилотные летательные аппараты вертолетного типа — мультикоптеры находят все большее применение в различных областях человеческой деятельности. Их используют для видеосъемки с воздуха, доставки грузов, мониторинга местности. Для выполнения большинства задач требуется автономная непрерывная работа группы таких мультикоптеров [5]. Поскольку время полета мультикоптеров ограничено, необходимо использование зарядной станции. Актуальным вопросом является разработка системы управления группой мультикоптеров и принципов ее работы. Эффективность работы такой системы зависит прежде всего от таких параметров как температура и скорость ветра, поскольку температура существенно влияет на емкость аккумуляторов (и как следствие на время полета), а ветер - на полетные характеристики беспилотников (скорость, маршрут и другие). Кроме того, возможные отказы некоторых беспилотников могут привести к потере функциональности такой системы. Исходя из выше сказанного, для корректной работы системы управления необходимо предусматривать в ней элементы адаптивности к внешним условиям.
Построение адаптивной системы управления мультикоптерами возможно при соблюдении следующих условий:
1) наличие постоянной телеметрической связи центрального блока системы управления с каждым мультикоптером (бортовым блоком системы управления мультикоптера) с возможностью отслеживания в режиме реального времени основных параметров полета и уровня заряда аккумулятора;
2) использование в беспилотниках в качестве источника энергии так называемых "разумных" аккумуляторов, позволяющих блоку управления на борту получать информацию о текущем уровне заряда аккумулятора, количестве циклов заряда-разряда, типе и дате выпуска аккумулятора.
3) возможность автономной подзарядки мультикоптеров на зарядной станции при неточном приземлении на нее (поскольку точная посадка в реальных условиях работы возможна далеко не всегда) [1];
4) в группе БПЛА должно быть предусмотрено избыточное их количество, на случай отказа одного или нескольких мультикоптеров или изменения внешних условий, влияющих на время полета (температура и ветер);
5) в целях безопасности мультикоптеры должны быть оснащены функциями стабилизации полета при сильном ветре, возврата на базу при потере связи с центральным блоком управления и мягкой посадки при преждевременном разряде аккумуляторной батареи.
Первое условие реализуется путем установки на каждом беспилотнике элементов системы управления, предназначенных для управления мультикоптером и передачи всех основных параметров на центральный узел системы управления (Рисунок 1).
Второе условие можно реализовать путем использования аккумуляторных батарей с двухпроводным интерфейсом SMBus (System Management Bus) [6]. Данное условие достаточно важно, поскольку
емкость используемых на беспилотниках в настоящее время аккумуляторов существенно зависит как количества циклов заряда-разряда, так и от времени с даты выпуска
аккумулятора.
Выполнение третьего условия
может быть обеспечено путем использования зарядных станций особых конструкций, таких как станции беспроводной зарядки [3], станции
с матрицей контактных площадок
/ параллельных пластин
[2,4].
Количество избыточных
беспилотников для четвертого условия можно определить исходя из возможных колебаний ветра
и температуры — расчет необходимо осуществлять исходя
из наихудшего варианта
с некоторым запасом.
Пятое условие необходимо
реализовывать аппаратно и программно на каждом беспилотнике с помощью специальных функций
его полетного контроллера.
Кроме того,
предпочтительным является ведение
базы данных системой
управления, в которую
будет попадать фактическая информация о времени полета
и подзарядки каждого
беспилотника, емкости аккумуляторов и других полетных параметров
в зависимости от температуры окружающей среды и силы ветра. Такая статистика поможет
в дальнейшем усовершенствовать алгоритмы работы системы управления.
Список литературы
1. Ахмеров Ш.Р. Автоматическая система
подзарядки электрических беспилотных летательных аппаратов вертолетного типа // Электротехнические и информационные комплексы
и системы. - 2013. - Т. 9. - № 1. - С. 5-9
2. Фетисов В.С., Ахмеров Ш.Р., Мухаметзянова А.И. Зарядный
терминал для беспилотных летательных аппаратов на основе
матрицы контактных площадок
// Альманах современной науки и образования. - Тамбов: Грамота, 2012. - № 11 (66). - C. 206-208.
3. Фетисов В.С. Тагиров М.И. Мухаметзянова А.И. Подзарядка электрических беспилотных летательных аппаратов: обзор существующих разработок
и перспективных решений
// Авиакосмическое приборостроение. - 2013. - № 11. – С. 7-26. Доступно
на сайте: http://vositef.url.ph/index.files/PUBL/Fetisov_et_al_ASI-2013-11.pdf
4.
Фетисов В.С., Ахмеров Ш.Р., Мухаметзянова А.И. Система
подзарядки бортового аккумулятора воздушного робота / Патент РФ на полезную модель № 135469.
– Заявл. 02.07.2013. – Опубл. 10.12.2013, Бюл. № 34.
5.
Fetisov V., Dmitriyev O., Neugodnikova L., Bersenyov S., Sakayev I. Continuous monitoring of terrestrial objects by means of duty group of multicopters // Proceedings of XX IMEKO World Congress "Metrology for Green Grouth", 9-14 Sept. 2012, Busan, Republic
of Korea. P.86. Доступно на сайте: http://vositef.url.ph/index.files/PUBL/Fetisov_Dmitriyev_multicopters_final.pdf
6. Устройство умного аккумулятора [электронный ресурс]. Доступно
на сайте: http://www.powerinfo.ru/intellectbattery.php
