Программа для стабилизации ЛА на этапе взлета,
посадки и переходного режима полета
БПЛА VTOL
В основе системы стабилизации лежит полетный контроллер, получающий данные о положении аппарата с инерциального датчика ориентации, вычисляющий требуемые управляющие воздействия и отправляющий команды на соответствующие исполнительные механизмы. Сама по себе задача достаточно распространенная. Однако, конкретно для нашей специфики готового решения не было. В следствие чего было принято решение взяв за основу один из готовых проектов с открытым исходным кодом дописать его под наши нужды.
	Выбор пал на проект с открытым исходным кодом «INAV».  Изначально проект разрабатывался под мультироторные летательные аппараты. Что с одной стороны хорошо, а с другой не очень. Хорошо это потому, что мультироторным летательным аппаратам требуется высокая частота обновления информации о положении и расчета управляющих воздействий, что также актуально для аппаратов с посадкой на хвост. Однако, ввиду ориентации на мультироторные летательные аппараты, специфика управления летательными аппаратами самолетной схема проработана на сравнительно небольшом уровне.

	В качестве аппаратной платформы был использован полетный контроллер на базе микроконтроллера STM32H7, быстродействие которого также положительно сказалось на частоте расчета значений регуляторов и вычисления положения.
	Ключевым, ради чего выбиралась именно такая программно-аппаратная платформа были алгоритмы вычисления положения и фильтры. В основе проекта INAV лежит фильтр Калмана, позволяющий из показаний 6-ти или 9-ти осевого датчика (3-х осевой акселерометр, 3-х осевой гироскоп и опциональный 3-х осевой магнетометр) вычислить положение аппарата как кватернион поворота. А благодаря различным фильтрам, полученные значения устойчивы к ошибкам, вызываемым механическими вибрациями и электрическими помехами. Таким образом, благодаря использованию этого проекта мы избежали необходимости разработки и написания системы вычисления положения.
	Помимо вычисления положения, проект «INAV» также содержит в себе набор PID регуляторов, необходимых для вычисления управляющего воздействия. Помимо этого, в регуляторы встроены такие полезные дополнения, как множители воздействия по мере снижения напряжения аккумуляторных батарей.
	Однако, как было сказано ранее, ввиду необычности аэродинамической схемы, а также в целом невысокой приспособленности проекта к аппаратам самолетного типа, сохранилась необходимость преобразовать полученные от регуляторов управляющие воздействия в конкретные команды для исполнительных механизмов с преобразованием команд в соответствующие протоколы. Эта задача была успешно решена благодаря использованию численного моделирования и разработке соответствующего модуля к прошивке полетного контроллера.  Новая прошивка полетного контроллера была успешно протестирована на небольшом самолете-аналоге.
	В ходе испытаний доработанного программного обеспечения на самолете-аналоге были выявлены и дополнительные проблемы. Так, например, на данном этапе прошивка неправильно учитывала увеличение скорости полета летательного аппарата, что приводило к перерегулированию на высоких скоростях полета и к выходу летательного аппарата на автоколебания по тангажу, что не только приводит к потере скорости, но и к большим циклическим перегрузкам, способным вызвать разрушение летательного аппарата в полете. Данные недочеты будут устранены в последующих прошивках, однако в целом явно показали наличие скрытых проблем, которые еще могут проявиться в будущем в полностью автономных полетах и полетах полноразмерного летательного аппарата. Ввиду чего работы следующего этапа, связанные с разработкой программного обеспечения полетного контроллера, будут включать в себя более детальный разбор возможностей различных прошивок полетных контроллеров с целью выявления наиболее приспособленных к решению стоящих перед системой стабилизации задач.
БПЛА самолетного типа с функцией вертикального взлета и посадки
73.37.11
Управление воздушным движением
Денис
Шумеев
Вадимович
"Отсутствует"
"Отсутствует"
РОССИЯ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФОНД СОДЕЙСТВИЯ РАЗВИТИЮ МАЛЫХ ФОРМ ПРЕДПРИЯТИЙ В НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СФЕРЕ"
1027739479734
СЕРГЕЙ
ПОЛЯКОВ
ГЕННАДЬЕВИЧ
Организация
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере"
Федеральные государственные бюджетные учреждения
Денис
Шумеев
Вадимович
Физическое лицо
РОССИЯ