автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.05, диссертация на тему:Методы проектирования и исследования автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля

48

ФЕДОРЕНКО Роман Викторович

МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ АВТОПИЛОТА ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ РОБОТИЗИРОВАННОГО ДИРИЖАБЛЯ

Специальность 05.02.05 - Роботы, мехатроника и робототехнические

системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 С ОПТ 2и>1

Таганрог-2011

4857970

Работа выполнена в Технологическом институте Южного Федерального университета в г. Таганроге.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Пшихопов Вячеслав Хасанович

доктор технических наук Капустян Сергей Григорьевич

кандидат технических наук, доцент

Лукьянов Евгений Анатольевич

Ведущая организация: Государственный научный центр

Российской Федерации «Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики» (ЦНИИ РТК)

Защита диссертации состоится 28 октября 2011 г. в 14 ч. 20 м. на заседании диссертационного совета Д 212.208.24 при Южном федеральном университете по адресу: 347928, г. Таганрог, Ростовская область, ул. Чехова 2, корп. «И» комн. 347. 9

С диссертацией можно ознакомиться в зональной научной библиотеке ЮФУ по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148, автореферат размещен

на сайтах http://sfedu.ru/и http://vak.ed.gov.ru. 1

Автореферат разослан «££» сентября 2011 г.

"Р0С™ВаС Прислать 0ТЗЬ1В' сверенный печатью учреждения, по адресу 347928, г. Таганрог, Ростовская область, ГСП-17А, пер. Некрасовский 44 Технологический институт Южного федерального университета в г. Таганроге' Ученому секретарю диссертационного совета Д 212.208.24 Кухаренко Анатолий

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

А.П. Кухаренко

Общая хараю-еристика работы

Актуальность темы диссертации. Современный уровень развития воздухоплавания заново открывает перспективы использования дирижаблей для решения задач транспортировки, мониторинга и наблюдения. К достоинствам дирижаблей следует отнести: высокий коэффициент грузоподъемности, дальность и продолжительность полета; возможность вертикального взлета и посадки; работу в режиме длительного зависания; безопасность в случае отказа силовой установки и системы управления; малый расход топлива; незначительно воздействие на окружающую среду; низкую стоимость эксплуатации.

Разработка роботизированных воздухоплавательных комплексов (РВК) позволяет автоматизировать процессы мониторинга, значительно снизить стоимость их проведения, минимизировать участие человека-оператора.

Указанные факторы обуславливают неослабевающий интерес к решению проблемы синтеза автоматических систем управления летательными аппаратами и, в частности, дирижаблями. Различным аспектам этой проблемы посвящены работы отечественных (А.Р. Гайдук, H.A. Глебов, В.Н. Голубятников, H.A. Каляев, С.Г. Капустян, В.М. Лохин, C.B. Манько, М.Ю. Медведев, P.A. Нейдорф, Ю.В. Подураев, В.Х. Пшихопов и др.) и зарубежных (Moutinho, A.B., Е. Hygounenc, Р. Soueres, I. Jung, S. Lacroix, G. С. Avenant, С. H. Hong, К. C. Choi, B.S. Kim) ученых.

Однако, при наличии достаточно большого числа публикаций, большинство предложенных подходов к синтезу систем управления базируется на классических методах проектирования, применяемых для летательных аппаратов, которые предполагают разделение движения на продольную и поперечную составляющие с дальнейшей линеаризацией моделей вдоль эталонных траекторий. Использование упрощающих подходов к синтезу систем управления дирижабля не учитывает многосвязности его математической модели и может не только не позволить достичь требуемых количественных показателей, предъявляемых к точности отработки траекторий, но и привести к потере качественных свойств замкнутой системы.

Кроме того, в известных работах предлагаются подходы к построению систем управления движением дирижабля по путевым точкам, без рассмотрения специфики режимов автономного взлета и посадки, которые являются наиболее аварийными и сложными при управлении дирижаблем в силу ограниченности на управления в этих режимах, существенного влияния ветровых и параметрических возмущений при движении вблизи поверхности земли.

В этой связи, актуальность задачи разработки методов конструирования и исследования автопилота взлета и посадки дирижабля определяется, с одной стороны, востребованностью роботизированных воздухоплавательных комплексов на базе дирижаблей, с другой - недостаточной проработанностью методов конструирования автопилотов для режимов взлета и посадки.

Целью диссертационной работы является расширение функциональны возможностей роботизированного дирижабля и повышение точности отработки траекторий взлета и посадки при неопределенных метеоусловиях за счет применения новых методов проектирования автопилота взлета и посадки.

Научная задача, решение которой содержится в диссертации, - разработка методов проектирования автопилотов взлета и посадки роботизированных дирижаблей с использованием адаптивного к возмущающим воздействиям управления, обеспечивающих расширение функциональных возможностей дирижабля и повышение точности отработки траекторий взлета и посадки при неопределенных метеоусловиях, а также их исследование методами математического и компьютерного моделирования.

Основные задачи исследования:

-разработка адаптивного к ветровым возмущениям закона управления дирижаблем на этапах взлета и посадки;

-разработка структуры автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля;

-разработка способа повышения точности отработки траекторий взлета и посадки за счет применения локальной визуальной навигации;

-разработка компьютерного комплекса моделирования движений дирижабля;

-исследование автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля методами компьютерного моделирования;

-экспериментальное исследование и подтверждение корректности разработанного автопилота взлета и посадки.

Методы исследования основаны на использовании методов теории управления, аналитической механики, теории матриц, методе аналитического синтеза нелинейных позиционно-траекторных систем управления подвижными объектами, методе построения редуцированных наблюдателей Луенбергера для нелинейных систем, методах имитационного моделирования. Проверка эффективности полученных в ходе работы теоретических результатов осуществлялась средствами численного моделирования в среде МАТЬ А В и подтверждена результатами экспериментов.

Достоверность полученных результатов:

-обеспечивается применением принципов и методов теории автоматического управления, а также строгими математическими выводами;

-подтверждается результатами экспериментов и компьютерного моделирования;

-согласуется с данными экспериментов и результатами исследований других авторов, представленными в печатных изданиях.

Наиболее существенные новые научные результаты, полученные автором п выдвигаемые для защиты:

-метод проектирования автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля, отличающийся использованием адаптивного к внешним возмущениям закона управления, учетом нелинейности и многосвязности математической модели дирижабля, что позволяет повысить точность отработки траекторий взлета и посадки роботом-дирижаблем;

-методика проектирования компьютерного комплекса моделирования движений роботизированного дирижабля, отличающаяся модульностью и расширяемостью, а также использованием возможностей современных программных средств, позволяющая создавать комплексы моделирования для исследования автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля средствами имитационного моделирования на этапе проектирования и сокращать сроки его разработки;

-способ повышения точности функционирования роботизированного дирижабля в режимах взлета и посадки, отличающийся комплексированием локальной визуальной навигации по меткам и адаптивного закона управления.

Практическая ценность работы. Представленные результаты могут быть использованы при проектировании и исследовании автопилотов роботизированных воздухоплавательных платформ. Разработанные подходы позволяют придать роботизированным дирижаблям новые функциональные возможности и повысить качество отработки задач взлета и посадки при неопределенных метеоусловиях, снизить стоимость разработки автопилота.

Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались на VIII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления», г. Таганрог, 2006 г.; V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии», г. Томск, 2007 г.; научно-практическом семинаре «Технологии QNX - достижения и тенденции», г. Санкт-Петербург, 2009 г.; II молодежной школе-семинаре «Управление и обработка информации в технических системах», п. Домбай, 2010 г.; VI Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления», г. Таганрог, 2011 г.; ежегодной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов ТТИ ЮФУ, г. Таганрог, 2011.

Высокий уровень разработок по теме диссертации отмечен именной стипендией Главы Администрации (Губернатора) Ростовской области в 2007 г. за особые способности в учебной и научной деятельности, почетной грамотой Министерства промышленности и науки Московской области за разработку «Автономный мобильный робот на базе дирижабля», представленную на авиасалоне «МАКС-2007», дипломом компании SWD Software за презентацию проекта на

^^нкт-Пете^^г^ОО6^11113^6 <<^ехнологии QNX~~ Достижения и тенденции» в

Реализация и внедрение результатов работы. Теоретические и практи-

ГлГ„иТниГ£ ПТеННЫе В РШКаХ ДЗНН0Й работы' использовань| при выполнении НИР «Разработка экспериментального образца интегрированной системы управления роботизированным воздухоплавательным комплексом на базе дирижабля» (шифр «Автокорд-Т», №ГР 01200701664), 2006 - 2008 гг НИР «Исследование возможностей создания системы управления беспилотного стратосферного дирижабля длительного барражирования для решения информационных задач» (шифр «Аэроиавт-ТГ», №ГР 01200706984), 2007 - 2009 гг выпол ненных по заказу Министерства обороны РФ.

Личный вклад автора. Все научные результаты диссертации, выдвигаемые для защиты, получены автором лично.

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 7 печатных работах, в том числе 1 монография (в соавторстве) 3 статьи в ведущих научных изданиях, рекомендованных ВАК для публикации результатов работ по диссертациям на соискание ученой степени кандидата техни-реиций НЗУК' ДОКЛаДа В МаТерИШ1ах Всероссийских и международных конфе-

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 109 наименований, содержа»™ и 1 приложения. Основная часть работы составляет 150 страниц и включает в себя 63 рисунка и 1 таблицу.

Краткое содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цель и задачи исследований, выделены основные положения работы, имеющие новизну и практическую значимость.

В первой главе произведен обзор дирижаблей как объектов управления и сформулирована задача построения автопилота взлета и посадки: дана оценка современного состояния и перспектив дирижаблестроения, представлена математическая модель дирижабля, выражения для сил и моментов, действующих на

ZpT ' В Т ™СЛ6 тЯ Управляющих сил и моментов, рассмотрены режимы полета дирижаблей, сконцентрировано внимание на режимах взлета и посадкГ

предложено при формировании математической модели дирижабля за основу взять математическую модель твердого тела, движущегося в пространстве

, ™Г"еНИИ' °ПИСЫВаЮЩая к™ематику и динамику дирижабля и динамику приводов, представлена в следующем матричном виде-

X = M-\FU-Fd-Fv), (1)

8 = KyU, (2)

¥ Пее(в,*)> (3-'

где Л" - вектор внутренних координат (проекций на связанные оси векторов линейной и угловой скоростей); М - матрица массо-инерционных параметров., элементами которой являются масса, моменты инерции, присоединенные массы дирижабля; Ри(Х, У, I) - вектор управляющих сил и моментов, здесь I- вектор конструктивных параметров; У, I) - вектор нелинейных элементов динамики дирижабля; - вектор измеряемых и неизмеряемых внешних возмущений; й - вектор управляемых координат (углы поворотов движителей, положения рычагов управления тягой двигателя и т.п.); К, - матрица коэффициентов управления; и~ вектор управляющих воздействий; У = (Р, ©/-вектор положения Р и ориентации 0 (выходных координат) связанной системы координат относительно базовой; £(Б, X) - вектор кинематических связей; £/>(©, X) и Ев(0, X) - вектора соответственно линейных и угловых скоростей связанной системы координат относительно базовой.

Отмечено, что модели динамики дирижабля вида (1), (2) и (3) представляют собой многосвязные системы нелинейных дифференциальных уравнений.

В главе рассмотрены внешние силы (аэростатические, аэродинамические, сила тяжести), действующие на дирижабль, и их моменты. Для выражения проекций векторов сил, входящих в правые части уравнений (I), используется формализм однородных преобразований.

В главе дана классификация схем расположения органов управления дирижаблей. Подробно рассматривается наиболее распространенная в современных дирижаблях пилонная схема. Каналами управления в данной схеме являются: -тяги левого и правого движителей;

-углы поворота левого и правого движителя в вертикальной плоскости.

Пилонная схема не позволяет непосредственно компенсировать боковые возмущения (например, боковые порывы ветра). Автором отмечена необходимость применение соответствующих алгоритмов для изменения ориентации дирижабля в соответствии с целью движения и возмущающими воздействиями, ввиду отсутствия боковой управляющей силы.

В главе выделены следующие режимы полета роботизированного дирижабля: отчаливание и взлет, движение вдоль заданной траектории, зависание в заданной области, посадка и причаливание.

Сформулирована следующая задача взлета: организация движения дирижабля вдоль заданной траектории с заданной скоростью с подавлением внешних и параметрических возмущающих воздействий. Сформулирована следующая задача посадки: организация движения дирижабля в заданную точку посадки с нулевой конечной скоростью, с подавлением внешних и параметрических возмущающих воздействий.

Отмечено что при решении задач взлета и посадки, как правило, возможно использование только движителей в качестве управляющих элементов. Аэроди-

намические рули в данном случае неэффективны из-за низких скоростей полета и могут использоваться только для пассивной компенсации порывов ветра.

Вторая глава посвящена разработке метода проектирования автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля.

Автопилот взлета. В главе проведены обоснование и выбор базового метода конструирования систем управления подвижных объектов. В соответствии с методом аналитического синтеза нелинейных позиционно-траекторных систем управления подвижными объектами, постановка задачи взлета составляет содержание задачи траекторного управления. Рассматривалась полная математическая модель дирижабля (6 степеней свободы), размерность пространства функционирования - 3.

Траекторное многообразие предложено формировать в виде:

ш_| ВД О I тр 0 _

рта11р + а12р + а13 рта21р + а22р + а23 , о

где Лг(р, 0 - требования к траектории в виде квадратичных форм внешних координат, ф(р, 0, {) - вектор, задающий требования к углам ориентации дирижабля, а0 - коэффициенты, определяющие вид траектории.

Вектор Ф, составляющий требования к углам ориентации дирижабля, предложено задавать следующим образом:

где Ф„,, Ф,, и Ф7 - компоненты вектора Ф, задающие требования к углам курса, тангажа и крена соответственно.

Автором отмечено, что в силу специфики движения дирижабля, задание желаемой траектории (многообразие iv) уже накладывает требования и на его углы ориентации (в особенности на курс), т.к. дирижабль, как правило, движется в продольном направлении.

Таким образом, сделан вывод о необходимости согласования дополнительных требований к углам ориентации с требованиями к траектории, либо их исключения. При рассмотрении варианта задания желаемого курса по касательной к траектории для согласования требований к траектории и курсу дирижабля показано, что для компенсации возникшей боковой скорости или бокового возмущения дирижабль должен повернуться по курсу по направлению, отличному от касательного к траектории (техника с упреждением по курсу).

Таким образом, для связи ориентации дирижабля с требованием к траектории, т.е. поступательного и вращательного движений, автором предложено задавать желаемое движение некоторой точки дирижабля, смещенной относительно центра масс на расстояние х„ в продольном направлении. Для этой точки возможно управление в поперечном направлении за счет поворота дирижабля по курсу. При этом матрица массо-инерционных параметров из (1) будет иметь вид:

M —

о

m О О О

О О О тхи -тхи О ~Jxy ~Jxy Jy О О Jz

+ Л,

(4)

О о О о т О О 1х -тхи ~1ху .0 тхи 0 ху где т - масса дирижабля, -Л, Jy, ./., - моменты инерции, Л - матрица присоединенных масс. Такой способ задания матрицы М реализует технику компенсации бокового возмущения с упреждением по курсу.

В условиях изложенных выше особенностей представляется целесообразным не задавать дополнительное требование к курсу, т.е. <1\=0. Требования к тангажу и крену могут также не предъявляться, либо, если дирижабль обладает достаточными исполнительными механизмами, задаваться в виде:

Фв = 0-0* = о,фу = г-у',

где д, у - текущие углы тангажа и крена, г/, у - желаемые углы тангажа и крена. Как правило, б' и у должны быть заданы нулевыми.

Таким образом, траекторное многообразие представлено в виде:

от.

4V =

N{P,t) Ф (P.e.t)

Р1 АпР + АпР + Л13 РТА21Р + А22Р + агз 0 0

6--в'

y-y'

Скоростное многообразие имеет вид:

4PcK=Js*+Jt + V.V = [0 0 v2-v-2 0

где v, v* - скорость дирижабля и ее желаемое значение, Js =

(5)

0 0]г,

dN dN дРт двт

дФ дФ

дрт двт

,Jt =

Требования к установившемуся режиму движения дирижабля при взлете в пространстве Я6х6 базовых координат У и скоростей У, может быть представлено в виде вектор-функции Ч* базовых координат и углов ориентации, а также их производных, вида:

ф _ + 5Ч'СК,

где 5 - блочная диагональная матрица коэффициентов, определяющих характер движения дирижабля относительно траекторного многообразия Ч!,г и характер переходных процессов по углам ориентации дирижабля.

Применяя процедуру синтеза закона позиционно-траекторного управления с учетом (5), получим следующий алгоритм автопилота взлета:

= -МрЁК)'1^ +С2 + йУ + Ч»сг) + Ра + (6)

где К, Су, <?2 - функциональные матрицы соответствующей размерности, получаемые из условия устойчивости решений уравнения, задающего желаемый ха-

рактер движения замкнутой системы, Т - (бхб)-матрица задаваемых коэффициентов настройки.

Автопилот посадки. Задача посадки может быть сформулирована как движение в точку посадки вдоль заданной траектории. При этом скорость в конечной точке должна быть нулевой. Траектория посадки - прямая, проходящая через текущее положение дирижабля и точку посадки либо более сложная кривая.

Такая постановка задачи подпадает под определение позиционно-траекторной. Требования к траектории 7V будут иметь вид:

РТА11Р + А12Р + А13 N(P, t) = PTA2iP + А22Р + Агз ,

[ртА31Р + А32Р + А33,

где AtJ - коэффициенты, определяющие вид траектории.

Первые 2 элемента вектора %г будут задавать желаемую траекторию движения, а 3-й элемент - одну из координат точки позиционирования.

Скоростное многообразие будет иметь вид Ч»ск = JSY + Jt. Задание вектора Ф, составляющего требования к углам ориентации дирижабля и матрицы массо-инерционных параметров, а также выражение закона управления аналогичны выражениям для автопилота взлета (V в алгоритме управления (6) - нулевой вектор).

Предложенный способ формирования требований к траектории дирижабля в режимах взлета и посадки обеспечивает компенсацию бокового ветра и позволяет увеличить точность выполнения задач взлета и посадки.

Оценка внешних сил и моментов. Отмечено, что даже с применением датчика ветра прямое измерение сил и моментов, действующих на дирижабль, затруднено, поэтому основным инструментом в данной ситуации становятся алгоритмы оценивания. Поэтому для оценивания неизмеряемых внешних возмущений предложено использовать процедуру построения редуцированных наблюдателей Луенбергера вида:

^= -Lz-LF-L*MX, (7)

z' =LMX + z,

где L - диагональная матрица с постоянными положительными коэффициентами, обеспечивающая асимптотическую устойчивость процесса оценивания, F -аналитическая оценка внешних сил, z' - оценка неизмеряемых внешних сил, 2 -вспомогательная переменная.

Полученные оценки неизмеряемых внешних сил 2' используются для формирования вектора Р„ в (6).

Использование наблюдателя в структуре автопилота взлета и посадки позволяет увеличить точность выполнения этих задач в условиях ветровых возмущений.

Визуальная навигация. Показано, что особенностью управления дирижаблем на этапе причаливания является необходимость относительного позициони-

рования дирижабля и мачты (в отличие от глобальной навигации на этапе движения в область посадки). Предложено для локального позиционирования использовать визуальную навигацию по маркерам.

Для ее организации предлагается установить на дирижабле видеокамеру, а область посадки и причальную мачту снабдить визуачьными метками (маркерами). Метка представляет собой черный квадрат с некоторым изображением (кодом) внутри, как показано на рис. 1.

г

Видео камера

^ г ; Поиск: г квадратных

рамок маркеров

Определение смещения и ориентации

Получение : нормализованного изображения .

в регулятор

Определение локальных координат

Определение номера маркера

и

Е

Рис. 1. Расположение меток рис. 2. Алгоритм визуальной локальной навигации

Алгоритмы поиска метки на изображении и определения относительной ориентации и положения видеокамеры и метки хорошо проработаны и получили распространение в системах дополненной реальности. Предложено расширить область навигации использованием нескольких меток различного масштаба с известным расположением в пространстве. Рассмотрены схема расположения меток и алгоритм визуальной навигации, представленные на рис. 1 и 2.

Использование визуальной навигации позволило увеличить точность позиционирования в 3-5 раз по сравнению с доступными глобальными системами навигации.

Структурная схема автопилота взлета и посадки. На рис. 3 представлена разработанная структурная схема автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля, включающая блоки, реализующие описанные выше закон управления, адаптацию закона управления к внешним возмущениям, локальную визуальную навигацию, а также необходимые датчики и навигационные устройства, позволяющая обеспечить унификацию автопилота для дирижаблей различных конструкций.

В структурную схему автопилота входят:

-регулятор, который обеспечивает движение дирижабля в область заданной точки посадки либо вдоль траектории взлета с точностью порядка точности навигационной системы;

-модуль визуальной навигации, который обеспечивает более точное относительное позиционирование дирижабля и причальной мачты по визуальной метке;

-блок оценки внешних сил, который выполняет функции расчета и оценивания внешних сил.

3

I-

Интерфейс пользователя (ввод)

Т

, Модуль исходных данных

X

Модуль численного моделирования,

у " 11 " '

Модель системы управления

Рис. 3. Структурная схема автопилота взлета и посадки роботизированного

дирижабля

Третья глава посвящена е строению комплекса моделирован движений дирижабля для исследоЕ ния автопилотов взлета и посадки, также вопросам разработки средс визуализации движений дирижабля.

Комплекс моделирования дв жений дирижабля предназначе прежде всего, для использования процессе конструирования систел управления дирижаблем (для изучен особенностей математической модел проверки качества функционировав системы управления и ее отладю проведения стендовых испытани обучения оператора.

Разработанная обобщенн структура комплекса моделирован] движения дирижаблем, отличающая модульностью и расширяемость] представлена на рис. 4.

Структурными элементами ко! плекса моделирования движений д рижабля являются:

Модель дирижабля

Модель среды

г Модуль результатов моделирования >

Модуль анализа результатов ] моделирования 1

Интерфейс пользователя (вывод)

Модуль построения графиков

Модуль трехмерной визуализации

Рис. 4. Структура программного комплекса моделирования движений дирижабля

- модуль исходных данных;

- модуль численного моделирования;

- модуль результатов моделирования;

-графический интерфейс пользователя, в т.ч. средства настройки эксперимента, модуль трехмерной визуализации, модуль графиков;

- модуль анализа результатов эксперимента.

Назначением модуля исходных данных является группировка в единых структурах всех настроек эксперимента и параметров дирижабля в виде конфигурационного файла в формате XML.

После определения настроек данные передаются в модуль численного моделирования, где выполняется цикл моделирования, в котором участвуют модель системы управления, модель дирижабля и модель среды.

Имитационная модель дирижабля включает в себя средства численного интегрирования уравнений кинематики (3) и динамики (1), функции расчета сил

и моментов, действующих на дирижабль.

Модель автопилота включает в себя реализацию алгоритма автопилота — закон управления (6), алгоритм наблюдателя (7). Автопилот может быть реализован аппа-ратно и подключаться к комплексу моделирования как к реальному дирижаблю (т.н. HIL-симуляция, от Hardware-in-the-loop).

В модель среды входит расчет параметров атмосферы, а также функции внесения внеш-

l^pi^j-ä» w TsOüQ дащйМ*)! них возмущений.

Рис. 5. Пример окна трехмерной Таким образом, модуль

визуализации движения дирижабля численного моделирования

формирует вектор переменных, описывающих дирижабль на каждом шаге моделирования. В него входят линейные и угловые координаты, линейные и угловые скорости и ускорения, управляющие воздействия, состояния системы управления, параметры внешней среды и др. Эти данные передаются в модуль результатов моделирования.

По результатам эксперимента выполняется построение графиков изменения интересующих разработчика параметров. Для наглядного представления полетных данных и их изменения используется модуль трехмерной визуализации движения, функцией которого является построение модели движения с исполь-

зованием средств виртуальной реальности по результатам, либо непосредственно в ходе моделирования, как показано на рис. 5.

На рисунках 6-9 представлены результаты моделирования движения дирижабля с автопилотом посадки. Моделировалось движение дирижабля, описываемого математической моделью (1) - (3), замкнутого законом управления (6) с применением наблюдателя (7). Дирижабль начинает движение из точки (30, 25, 35) м с начальной скоростью К = 3 м/с. Задана точка посадки в начале координат.

Рисунок 6 — Траектория дирижабля при движении без внешних возмущений

1.С

Рисунок 7 — Скорость дирижабля

О 10 20 30-0 10 20 30

*9 >:д

а) б)

Рисунок 8 — Ориентация дирижабля на траектории при ветре вдоль оси г: а - курс задается по направлению к точке посадки, б - техника упреждения по

курсу

На рисунках 6 и 7 показаны траектория и скорость дирижабля при движении без внешних возмущений с применением описанного закона управления (6) с формированием матрицы М, как записано в (4).

На рисунках 8а и 86 показана ориентация дирижабля на траектории (вид сверху) в условиях ветровых воздействий при сравнении двух способов задания желаемого курса: по направлению к точке посадки (в Ф¥) и с техникой упреждения по курсу за счет модификации матрицы М, как показано в (4). На основе данных результатов моделирования можно сделать вывод о повышении точности отработки траектории посадки с применением предложенного закона управления автопилота.

Символическое изображение дирижабля построено через равные промежутки времени, т.е. чем чаще эти изображения, тем меньше скорость на данном участке траектории.

Рисунки 9а и 96 демонстрируют эффективность применения наблюдателя для повышения точности выполнения посадки. На рисунках 9а и 96 показаны ориентация дирижабля на траектории посадки при ветре вдоль оси х без и с применением наблюдателя соответственно. Применение наблюдателя позволило увеличить точность посадки.

а) б)

«унок 9 — Ориентация дирижабля на траектории посадки при ветре вдоль оси т. а - без применения наблюдателя, б - с применением наблюдателя

Приведенные результаты моделирования подтверждают эффективность едложенных законов управления и алгоритмов адаптации к внешним возму-зниям.

Четвёртая глава посвящена программно-аппаратной реализации автопи-: га взлета и посадки.

Разработанная функциональная схема автопилота взлета и посадки дири-бля представлена на рис. 10.

Рис. 10. Функциональная схема автопилота

На физическом уровне автопилот состоит из следующих блоков: блок вычислительной электроники (БВЭ); блок силовой электроники (БСЭ); телекамера с поворотным устройством; блок датчиков среды; датчик скорости и направления ветра; малогабаритная интегрированная навигационная система (МИНС); датчики скоростей вращения винтов.

БВЭ представляет собой ряд устройств выполненных в формате РС/104 и объединенных в едином виброзащшценном корпусе. Основным вычислительным элементом автопилота является процессорная плата. На процессорной плате выполняется специальное программное обеспечение, которое обеспечивает все основные алгоритмы обмена данными и выработки управляющих воздействий.

Для обмена данными с датчиками, а также с БСЭ используется коммуникационная плата. Плата ввода/вывода (плата В/В) служит для управления воздушно-газовой системы (ВГС) дирижабля. Спутниковая навигационная система (СНС) получает данные о местоположении дирижабля при помощи глобальных навигационных систем ЫЛУБТАЯ и ГЛОНАСС, отправляет их на МИНС, которая осуществляет их обработку, комплексирование с показаниями инерциальных датчиков и передачу на процессорную плату.

Плата видеозахвата совместно с телекамерой с поворотным устройством образует систему технического зрения. Видеосигнал передается плату видеозахвата, которая оцифровывает его и передает на процессорную плату по шине РС/104.

БСЭ служит для отработки уставок от БВЭ и организации локального управления исполнительными механизмами дирижабля на основе данных от датчиков состояния органов управления (ДСОУ, датчики скорости вращения). Внешний вид аппаратной реализации автопилота в составе бортовой системы управления представлен на рисунке 1 ].

В заключении работы сформулированы основные научные и практические результаты, полученные в диссертационной работе.

В приложении представлен листинг программы моделирования движения дирижабля, замкнутого адаптивным законом управления.

Рис. 11. Аппаратная реализация автопилота в составе бортовой системы управления

Основные результаты работы

Основной научный результат диссертации заключается в решении актуальной научной задачи, имеющей важное практическое значение: разработки методов проектирования автопилотов взлета и посадки роботизированных ди-рижаблеи с использованием адаптивного к возмущающим воздействиям управления, обеспечивающих расширение функциональных возможностей роботизированного дирижабля и повышение точности отработки траекторий взлета и посадки при неопределенных метеоусловиях, а также их исследования методами математического и компьютерного моделирования.

При проведении исследований и разработок по теме настоящей работы получены следующие результаты, обладающие научной новизной:

-разработан метод проектирования автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля, отличающийся использованием адаптивного к внешним возмущениям закона управления, учетом нелинейности и многосвязности математической модели дирижабля, что позволяет повысить точность отработки траекторий взлета и посадки роботом-дирижаблем;

-разработана методика проектирования компьютерного комплекса моделирования движений роботизированного дирижабля, отличающаяся модульностью и расширяемостью, а также использованием возможностей современных программных средств, позволяющая создавать комплексы моделирования для исследования автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля средствами

имитационного моделирования на этапе проектирования и сокращать сроки его разработки;

-разработан способ повышения точности функционирования роботизированного дирижабля в режимах взлета и посадки, отличающийся комплексированием локальной визуальной навигации по меткам и адаптивного закона управления;

-разработан способ формирования требований к траектории дирижабля для изменения ориентации дирижабля в соответствии с целью движения и возмущающими воздействиями, реализующий технику упреждения по курсу. Разработанный способ позволил увеличить точность отработки траекторий взлета и посадки;

-показано, что включение в структуру автопилота наблюдателей возмущений позволяет увеличить точность отработки траекторий взлета и посадки в условиях ветровых воздействий;

-разработаны структурная схема, функциональная схема и архитектура программного обеспечения автопилота взлета и посадки, позволяющие обеспечить унификацию автопилота для дирижаблей различных конструкций.

Таким образом, все задачи диссертационного исследования решены в полном объеме.

Основные публикации по теме диссертации

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях.

Монография:

1. Федоренко, Р.В. Управление воздухоплавательными комплексами: теория и технологии проектирования [Текст] / В.Х. Пшихопов, M.IO. Медведев, Р.В. Федоренко и др.- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. - 394 с.

Публикации в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов работ по диссертациям на соискание ученой степени кандидата технических наук:

2. Федоренко, Р.В. Алгоритмы автопилота посадки роботизированного дирижабля [Электронный ресурс] // Р.В. Федоренко.- Электронный научно-инновационный журнал Инженерный вестник Дона,- 2011,- №1-http://ivdon.ru/uploaddir/articles.371 .big_image.doc

3. Федоренко, Р.В. Комплекс моделирования движений подвижных объектов на базе воздухоплавательных и подводных аппаратов [Текст] // Р.В. Федоренко, Б.В. Гуренко - Известия ЮФУ. Технические науки № 3 (116).- Таганрог Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011,- с. 180-187

4. Федоренко, Р.В. Система управления автономным колесным роботом Скиф-3 для априори неформализованных сред [Текст] // A.C. Али, Р.В. Федоренко, В.А. Крухмалев - Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск «Перспективные системы и задачи управления»,- №3(104).- Таганрог- Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010,- С.132-143 '

Доклады в материалах конференций:

^р^рко-^горигмическая организация системы управления БПЛА на базе мини-вертолета [Текст] // А.Е. Кульченко, Р.В Федоренко.- Перспективные системы и задачи управления: материалы Пятой Все-Р^ииской на^но-практической конференции. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ,

6. Федоренко, Р.В. Программная реализация алгоритмов управления мобильным роботом в системе реального времени [Текст] // Р.В. Федоренко -Тезисы докладов VIII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системыуправлениГ-Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006.- С. 198-200

7- Федоренко Р.В. Программная реализация алгоритмов управления

ГтеГтП/РЛ0™" <<СК1>? °ПераЦЖШН0Й системе Реального времени QNX ES Федоренко, В.Х. Пшихопов.- Молодежь и современные информационные технологии. Сборник трудов V Всероссийской научно-практотеской конференции сленгов, аспирантов и молодых ученых. - Томск: Йзд-во ТПУ,

Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве: в работе [11 составлена глава 1 «Обзор и классификация современных дирижаблей», подготовлен обзор методов проектирования систем управления дирижаблей в главе 3 разработана структура комплекса моделирования движений дирижабля и предложены варианты реализации модулей численного моделирования, визуализации и интерфейса пользователя в главе 6, в работе [3] предложена структура комплекса моделирования движений дирижабля и программные средства дая его реализации, в работе [5] разработана структура программного обеспечешГбор-

lZ°Z"mmr0 6™Ka' Clp™a WaMMHoro комплекса моделирования системы управления, в работах [4, 7] разработана структурная схема системы управления и архитектура программного обеспечения для реализации боковой системы управления. реализации оорто

Тип.ТТИ ЮФУ Заказ Н*30/гщШэкз.

Введение.

Глава 1. Дирижабли как объект управления. Постановка задачи автопилота на этапах взлета и посадки.

1.1 Оценка современного состояния и перспектив дирижаблестроения.

1.2 Анализ схем расположения органов управления дирижаблей

1.3 Математическая модель дирижабля.

1.4 Режимы полета дирижаблей. Постановка задачи автопилота взлета и посадки.

1.5 Выводы к главе 1.

Глава 2. Метод проектирования автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля.

2.1 Выбор и обоснование базового метода конструирования системы управления подвижного объекта.

2.2 Модификация метода аналитического синтеза нелинейных позиционно-траекторных систем управления.

2.3 Алгоритм управления дирижаблем на этапе взлета.

2.4 Формирование требований к траектории дирижабля на этапе посадки

2.5 Адаптация закона управления дирижаблем к возмущающим воздействиям.

2.6 Повышение точности функционирования роботизированного дирижабля в режимах взлета и посадки с использованием визуальной навигации

2.7 Структурная схема автопилота взлета и посадки.

2.8 Результаты моделирования автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля.

2.9 Формулирование предложенного метода.

2.10 Выводы к главе 2.

Глава 3. Методика проектирования компьютерного комплекса моделирования движений роботизированного дирижабля.

3.1 Роль имитационного моделирования в процессе конструирования автопилота взлета и посадки дирижабля.

3.2 Структурная схема программного комплекса моделирования движений дирижабля.

3.3 Формирования настроек эксперимента.

3.4 Численное моделирование дирижабля и среды.

3.5 Накопление истории изменения переменных.

3.6 Построение графиков изменения переменных.

3.7 Модуль анализа результатов моделирования.

3.8 Построение интерфейса пользователя.

3.9 Построение трехмерной анимации полета.

ЗЛО Выводы к главе 3.

Глава 4. Аппаратная реализации автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля.

4.1 Обобщенная функциональная схема бортовой системы управления дирижаблями.

4.2 Аппаратная реализация автопилота взлета и посадки.

4.3 Архитектура программного обеспечения автопилота взлета и посадки

4.4 Выводы к главе 4.

Актуальность темы диссертации. Современный уровень развития воздухоплавания заново открывает перспективы использования дирижаблей для решения задач транспортировки, мониторинга и наблюдения. К достоинствам дирижаблей следует отнести: высокий коэффициент грузоподъемности, дальность и продолжительность полета; возможность вертикального взлета и посадки; работу в> режиме длительного зависания; безопасность в случае отказа силовой установки и системы управления; малый расход топлива; незначительно воздействие на окружающую среду; низкую стоимость эксплуатации.

Разработка роботизированных воздухоплавательных комплексов (РВК) позволяет автоматизировать процессы мониторинга, значительно снизить стоимость их проведения, минимизировать участие человека-оператора.

Указанные факторы обуславливают неослабевающий интерес к решению проблемы синтеза автоматических систем управления летательными аппаратами и, в частности, дирижаблями. Различным аспектам этой проблемы посвящены работы зарубежных (Moutinho, A.B., Е. Hygounenc, P. Soueres, I. »

Jung, S. Lacroix, G. G. Avenant, C. H. Hong, К. C. Choi, B.S. Kim) и отечественных (A.P. Гайдук, H.A. Глебов, В.H. Голубятников, И.А. Каляев, С.Г. Капустян, В.М. Лохин, C.B. Манько, М.Ю. Медведев, P.A. Нёйдорф, Ю.В. Подураев, В.Х. Пшихопов и др.) ученых.

Однако, при наличии достаточно большого числа публикаций, большинство предложенных подходов к синтезу систем управления базируется на классических методах проектирования, применяемых для летательных аппаратов, которые предполагают разделение движения на продольную и поперечную составляющие с дальнейшей линеаризацией моделей вдоль эталонных траекторий. Использование упрощающих подходов к синтезу систем управления дирижабля не учитывает многосвязности его математической модели и может не только не позволить достичь требуемых количественных показателей, предъявляемых к точности отработки траекторий, но и привести к потере качественных свойств замкнутой системы.

Кроме того, в известных работах предлагаются подходы к построению систем управления движением дирижабля по путевым точкам, без рассмотрения специфики режимов автономного взлета и посадки, которые являются наиболее аварийными и сложными при управлении дирижаблем в силу ограниченности на управления в этих режимах, существенного влияния ветровых и параметрических возмущений при движении вблизи поверхности земли.

В этой'связи, актуальность .задачи разработки методов конструирования и исследования автопилота взлета и посадки дирижабля определяется с одной стороны востребованностью роботизированных воздухоплавательных комплексов на базе дирижаблей, с другой — недостаточной* проработанностью методов конструирования автопилотов для режимов взлета и посадки.

Целью диссертационной работы является расширение функциональных возможностей роботизированного дирижабля и повышение точности отработки траекторий взлета и посадки при неопределенных метеоусловиях за счет применения новых методов'Проектирования автопилота взлета и посадки.

Научная задача, решение которой содержится в диссертации, -разработка методов проектирования автопилотов взлета и посадки роботизированных дирижаблей с использованием адаптивного к возмущающим воздействиям управления, обеспечивающих расширение функциональных возможностей дирижабля и повышение точности отработки траекторий взлета и посадки при неопределенных метеоусловиях, а также их исследование методами математического и компьютерного моделирования.

Основные задачи исследования:

- разработка адаптивного к ветровым возмущениям закона управления дирижаблем на этапах взлета и посадки;

- разработка структуры автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля;

- разработка способа повышения точности отработки траекторий взлета и посадки за счет применения локальной визуальной навигации;

- разработка компьютерного комплекса моделирования движений дирижабля;

- исследование автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля методами компьютерного моделирования;

- экспериментальное исследование и подтверждение корректности разработанного автопилота взлета и посадки.

Методы исследования основаны на использовании методов теории управления, аналитической механики, теории матриц, методе аналитического синтеза нелинейных позиционно-траекторных систем управления подвижными объектами, методе построения редуцированных наблюдателей Луенбергера для нелинейных систем, методах имитационного моделирования. Проверка эффективности полученных в ходе работы теоретических результатов осуществлялась средствами численного моделирования в среде МАТЬАВ и подтверждена результатами экспериментов.

Достоверность полученных результатов:

- обеспечивается применением принципов и методов теории автоматического управления, а также строгими математическими выводами;

- подтверждается результатами экспериментов и компьютерного моделирования;

- согласуется с данными экспериментов и результатами исследований других авторов, представленными в печатных изданиях.

Наиболее существенные новые научные результаты, полученные автором и выдвигаемые для защиты:

- метод проектирования автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля, позволяющий повысить точность выполнения задач взлета и посадки роботом-дирижаблем, отличающийся использованием адаптивного к внешним возмущениям закона управления, учетом нелинейности и многосвязности математической модели дирижабля;

- методика проектирования компьютерного комплекса моделирования движений роботизированного дирижабля, позволяющая производить исследования автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля средствами имитационного моделирования на этапе проектирования, отличающаяся модульностью и расширяемостью, а также использованием возможностей современных программных средств;

- способ повышения точности функционирования роботизированного дирижабля в режимах взлета и посадки, отличающийся комплексированием локальной визуальной навигации по меткам и адаптивного закона управления.

Практическая ценность работы. Представленные результаты могут быть использованы при проектировании и исследовании автопилотов роботизированных воздухоплавательных платформ. Разработанные подходы позволяют придать роботизированным, дирижаблям, новые функциональные возможности и повысить качество отработки задач взлета и посадки при неопределенных метеоусловиях, снизить стоимость разработки автопилота.

Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались на VIII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления», г. Таганрог, 2006 г.; V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии», г. Томск, 2007 г.; научно-практическом семинаре «Технологии QNX - достижения и тенденции», г. Санкт-Петербург, 2009 г.; II молодежной школе-семинаре «Управление и обработка информации в технических системах», п. Домбай,

2010 г.; VI Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления», г. Таганрог, 2011 г.; ежегодной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов ТТИ ЮФУ, г. Таганрог, 2011.

Высокий уровень разработок по теме диссертации отмечен именной стипендией Главы Администрации (Губернатора) Ростовской области в 2007 г. за особые способности в учебной и научной деятельности, почетной грамотой Министерства промышленности и науки Московской области за разработку «Автономный мобильный робот на базе дирижабля», представленную на авиасалоне «МАКС-2007», дипломом компании SWD Software за презентацию проекта на научно-практическом семинаре «Технологии QNX — достижения и тенденции» в г. Санкт-Петербург, 2009.

Реализация и внедрение результатов работы. Теоретические и практические результаты, полученные в рамках данной работы, использованы при выполнении НИР «Разработка экспериментального образца интегрированной системы управления роботизированным воздухоплавательным комплексом на базе дирижабля» (шифр- «Автокорд-Т», №ГР 01200701664), 2006 - 2008 гг., НИР «Исследование возможностей создания системы управления беспилотного стратосферного дирижабля длительного барражирования для решения информационных задач» (шифр «Аэронавт-ТГ», №ГР 01200706984), 2007 - 2009 гг., выполненных по заказу Министерства обороны РФ.

Личный вклад автора. Все научные результаты диссертации получены автором лично.

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 7 печатных работах, в том числе 1 монография (в соавторстве), 3 статьи в ведущих научных изданиях, рекомендованных ВАК для публикации результатов работ по диссертациям на соискание ученой степени кандидата технических наук, 3 доклада в материалах Всероссийских и международных конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 109 наименований, содержания и 1 приложения. Основная часть работы составляет 150 страниц и включает в себя 63 рисунка и 1 таблицу.

4.4 Выводы к главе 4

В главе получены следующие выводы и результаты:

- функциональная схема автопилота взлета и посадки, разработанная на основе изложенных в предыдущих главах теоретических положениях и подтверждающих их результатах моделирования, позволяет обеспечить унификацию автопилота для дирижаблей различных конструкций;

- предложен способ аппаратной реализации автопилота взлета и посадки дирижабля. На физическом уровне автопилот состоит из следующих блоков: блок вычислительной электроники; блок силовой электроники; телекамера с поворотным устройством; блок датчиков среды; датчик скорости и направления ветра; малогабаритная интегрированная навигационная система; датчики скорости вращения.

- разработана архитектура программного обеспечения бортового компьютера, реализующего автопилот взлета и посадки. Описание архитектуры ПО автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля включает в себя общее описание организации системы, основные компоненты и классы приложения, их области ответственности и механизмы взаимодействия, вопросы организации данных, управления ресурсами, масштабируемости, отказоустойчивости. Были рассмотрены варианты организации модулей системы.

Заключение

Основной научный результат диссертации заключается в решении актуальной научной задачи, имеющей важное практическое значение: разработки методов проектирования автопилотов взлета и посадки роботизированных дирижаблей с использованием адаптивного к возмущающим воздействиям управления, обеспечивающих расширение функциональных возможностей роботизированного дирижабля и повышение точности отработки траекторий взлета и посадки при неопределенных метеоусловиях, а также их исследования методами математического и компьютерного моделирования.

При проведении исследований и-разработок по теме настоящей работы получены следующие результаты, обладающие научной новизной:

-разработан метод проектирования1 автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля, позволяющий повысить точность отработки траекторий взлета и посадки роботом-дирижаблем, отличающийся ' использованием адаптивного к внешним' возмущениям закона управления, учетом нелинейности и многосвязности математической-модели дирижабля;

- разработана методика проектирования компьютерного комплекса моделирования движений роботизированного дирижабля, позволяющая производить исследования автопилота взлета и посадки роботизированного дирижабля средствами- имитационного моделирования на этапе проектирования, отличающаяся модульностью и расширяемостью, а также использованием возможностей современных программных средств;

- разработан способ повышения точности функционирования роботизированного дирижабля в режимах взлета и посадки, отличающийся комплексированием локальной визуальной навигации по1 меткам и адаптивного закона управления;

- разработан способ формирования требований к траектории дирижабля для изменения ориентации дирижабля в соответствии с целью движения и возмущающими воздействиями, реализующий технику упреждения по курсу. Разработанный способ позволил увеличить точность отработки траекторий взлета и посадки;

- показано, что включение в структуру автопилота наблюдателей возмущений позволяет увеличить точность отработки траекторий взлета и посадки в условиях ветровых воздействий;

-разработаны структурная схема, функциональная схема и архитектура программного обеспечения автопилота взлета и посадки, позволяющие обеспечить унификацию автопилота для дирижаблей различных конструкций.

Таким образом, все задачи диссертационного исследования решены в полном объеме.

1. Макаров, О. Зачем они возвращаются?: Нужны ли сегодня дирижабли? Электронный ресурс. / О. Макаров // Популярная механика, 2008. URL: http://www.popmech.ru/article/3965-zachem-oni-vozvraschayutsya/ (дата обращения: 19.06.2011).

2. Голубятников, В. Дирижабли набирают высоту Электронный ресурс. / В! Голубятников // Наука, и жизнь, 2007., URL: http://www.nki.ru/archive/articles/11024/ (дата обращения: 19.06.2011):

3. Бендин, С. Рынок дирижаблестроения-» обретает новое дыхание Электронный! ресурс. / С. Бендин // GNews Research And Development, 2002 URL:http://rnd.cnews.ru/reviews /index- science.shtml? 2002/11721/226582 (дата обращения: 19.06.2011):

4. Lin, L. A review of airship structural research and development Text. / L. Lin, I. Pasternak.// Progress in Aerospace Sciences. 2009: - № 45.

5. Бойко, Ю.С. Воздухоплавание: Привязное. Свободное. Управляемое. Текст. /Ю.С. Бойко /М.: Изд-воМГУП, 2001.-462 с.

6. Верба, Г.Е. Современное состояние и перспективы использования воздухоплавательных комплексов Текст. / Г.Е. Верба, В.Н. Голубятников,

7. А.Н. Кирилин, В.Х. Пшихопов, И.А. Старостин, В.И. Ступников // Мехатроника, автоматизация и управление. — 2009. — №3 — С. 40-42.

8. Пшихопов, В.Х. Дирижабли: перспективы использования в робототехнике Текст. / В.Х. Пшихопов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2004. - №5. - С. 15-20.

9. Бендин, С. Обнадеживающие перспективы дирижаблестроения // Вестник воздухоплавания. -2009. № 1. G. 8-12.

10. Пшихопов, В.Х. Управление воздухоплавательными комплексами: теория и технологии проектирования Текст. / В.Х. Пшихопов, М.Ю. Медведев, Р.В. Федоренко, М.Ю. Сиротенко, В.А. Костюков, Б.В. Гуренко / М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 394 с.

11. НПО РосАэроСистемы сайт./ URL: http://www.rosaerosystems.pbo.ru (дата обращения: 19.06.2011).

12. Aeros сайт./ URL: http://www.aerosml.com (дата обращения: 19.06.2011).

13. Skycruisergroup сайт./ URL: http://skycruisergroup.com (дата обращения: 19.06.2011).

14. ZLT Zeppelin Luftschifftechnik GmbH & Со KG сайт./ URL: http://www.zeppelinflug.de/ (дата обращения: 19.06.20Г1).

15. Lightship, American ' Blimp Corporation. сайт./ URL: http://www.lightships.com (дата обращения: 19.06.2011).

16. Бюшгенс, Г.С. Аэродинамика самолета. Динамика продольного и бокового движения Текст. / Г.С. Бюшгенс, Р.В. Студнев. М.: Машиностроение, 1979. — 135 с.

17. Щербаков, Ю.В. Теория полета дирижаблей. Краткий курс Текст. / Ю.В. Щербаков / М.: Изд-во ЖИ, 2007.

18. Пшихопов, В.Х. Математические модели манипуляционных роботов: Учебник. Текст. / В.Х. Пшихопов. М.: Физматлит, 2008. -124 с.

19. Савельев, И.В. Основы теоретической физики. Т. 1. Механика и электродинамика Текст. / И.В. Савельев / М.: Наука, 1975.

20. Матвеев, А.Н. Механика и теория относительности Текст. / А.Н. Матвеев / М: Высшая школа, 1986.

21. Пшихопов, В.Х. Позиционно-траекторное управление подвижными объектами Текст. / В.Х. Пшихопов. Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. — 156 с.

22. Крутько, П.Д. Управление продольным движением летательных аппаратов. Синтез алгоритмов методом обратных задач динамики Текст.' / П.Д. Крутько // Изв. РАН. Теория и системы управления. 1997. - № 6. - С. 62-79.

23. Крутько, П.Д. Управление боковым движением летательных аппаратов. Синтез алгоритмов методом обратных задач динамики Текст. / П.Д. Крутько ■ // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2000. - № 4. - С. 143-164.

24. Рутковский, В.Ю. Работы института проблем управления в области, беспоисковых адаптивных систем и систем управления космическими аппаратами Текст. / В.Ю. Рутковский // Автоматика и телемеханика. 19991- № 6. С. 42-49.

25. Пшихопов, В.Х. Организация репеллеров при движении мобильных роботов в среде с препятствиями Текст. / В.Х. Пшихопов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2008. - №2. - С. 34 - 41.

26. Пшихопов, В.Х. Структурный синтез автопилотов подвижных объектов с оцениванием возмущений Текст. / В.Х. Пшихопов, М.Ю. Медведев // Информационно-измерительные и управляющие системы. М. - 2006. -№ 1.- С.103- 109.

27. Moutinho, A.B. Modeling and nonlinear control for airship autonomous flight Text. / A.B. Moutinho / Ph.D. thesis- Instituto Superior Tecnico — Technical University of Lisbon., 2007.

28. Земляков, С.Д. О некоторых результатах развития теории и практики применения беспоисковых адаптивных систем Текст. / С.Д. Земляков, В.Ю. Рутковский // Автоматика и телемеханика, 2001. — № 7.

29. Поляк, Б.Т., Робастная устойчивость и управление Текст. / Б.Т. Поляк, П.С. Щербаков / М.: Наука, 2002.

30. Ackerman, J. Robust control systems with uncertain physical parameters Text. / J. Ackerman / London: Springer-Vergal, 1993.

31. Лохин, B.M. Методические основы аналитического конструирования регуляторов нечеткого управления Текст. / В.М. Лохин, И.М. Макаров, С.В. Манько, М.П. Романов // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2000. -№1,-С. 56-69.

32. Терехов, В.А. Нейросетевые системы управления Текст. / В.А. Терехов, Д.В. Ефимов, И.Ю. Тюкин / М.: ИПРЖР, 2002.

33. Якубович, В.А. К теории адаптивных систем Текст. / В.А. Якубович // Докл. АН СССР.-1968.-Т. 183.-№3.-С. 518-521.

34. Никифоров, В.О. Наблюдатели внешних детерминированных возмущений. I. Объекты с известными параметрами Текст.»/ В.О.Никифоров // Автоматика и телемеханика. 2004. - №10. - С. 13-24.

35. Никифоров, В.О. Наблюдатели внешних детерминированных возмущений II. Объекты с неизвестными параметрами Текст. / В.О.Никифоров // Автоматика и телемеханика. 2004. - № 11. - С. 40 - 48.

36. Ким, Д.П. Синтез систем управления максимальной робастной степени устойчивости Текст. / Д.П. Ким // Изв. РАН. Теория и системы управления. -2007.-№4.-С 52-58.

37. Садомцев, Ю.В. Синтез динамических субоптимальных регуляторов пониженного порядка на основе Ди-критерия Текст. / Ю.В. Садомцев //

38. Автоматика и телемеханика.- 2006. № 12. - С. 175 - 189.

39. Агафонов, П.А. Синтез регуляторов по заданному радиусу запаса устойчивости с учетом внешних возмущений на основе Яда -подхода Текст. / П.А. Агафонов, В.Н. Честнов // Автоматика и телемеханика. 2004. - № 10. — С. 101-108.

40. Грязина, Е.Н. Синтез регуляторов низкого порядка по критерию я»: параметрический подход Текст. / Е.Н. Грязина, Б.Т. Поляк, А.А. Тремба // Автоматика и телемеханика. 2007. - № 3. — С. 94 — 105.

41. Ядыкин, И.Б. #2-оптимальные алгоритмы настройик регуляторов с заданной структурой Текст. / И.Б. Ядыкин // Автоматика и телемеханика. -2008.-№8.-С. 56-70.

42. Boyd, S., Linear matrix inequalities in systems and control theory Text. / S. Boyd, E. Ghaoui, E. Feron, V. Balakrishnan / Philadelphia: Society for Industrial and Applied Mathematics, 1994.

43. Баландин, Д.В. Синтез грубых регуляторов на основе линейных матричных неравенств Текст. / Д.В. Баландин, М.М. Коган // Автоматика и телемеханика. 2006. - № 12. - С.154 - 162.

44. Safonov, М. G. A multiloop generalization of the circle criterion for stability margin analysis Text. / M. G. Safonov, M. Athans // IEEE Trans, on Automatic Control. 1981. - Vol. 26, № 2. - P. 415-422.

45. Doyle, J. C. Analysis of feedback systems with structured uncertainties Text. / J. C. Doyle // IEE Proc. Pt. D: Control theory and applications. 1982. -Vol. 129, №. 6. - P. 242-250.

46. Sastry, S.S. Adaptive Control of linearizable systems Text. / S.S. Sastry, A. Isidoiy // IEEE Trans. Automat. Control. 1989. - Vol. 34, № 11. -P. 1123 -1131.

47. Андреев, Ю.Н. Дифференциально-геометрические методы в теории управления Текст. / Ю.Н. Андреев // Автоматика и телемеханика. — 1982. -№ 10.-С. 5-46.

48. Дружинина, М.В. Методы адаптивного управления нелинейными объектами по выходу Текст. / М.В. Дружинина, В.О. Никифоров, A.JI. Фрадков // Автоматика и телемеханика. 1996. — № 2. - С. 2 - 33.

49. Bastin, G., Stable Adaptive observers for nonlinear time-varying systems Text. / G. Bastin, M.R. Gevers // IEEE Trans. Automat. Control. 1988. - Vol. 33,№7.-P. 650-658.

50. Marino, R. Global adaptive observers and output-feedback stabilization for a class of nonlinear systems Text. / R. Marino, P. Tomei // Foundations of Adaptive Control. Berlin: Springer-Verlag,. 199Г.

51. Бойчук, JI.M. Метод структурного синтеза нелинейных систем автоматического управления Текст. / JT.M. Бойчук.—М.: Энергия, 1971- 112 с.

52. Бойчук, JI.M. Синтез координирующих систем автоматического управления Текст. / JI.M. Бойчук.- М.: Энергоатомиздат, 1991. — 130 с.

53. Колесников, А.А. Синергетическая, теория управления Текст. / А.А. Колесников. -М.: Энергоатомиздат, 1994.

54. Kokotovic, P.V. A positive real condition for global stabilization of nonlinear systems Text. / P.V. Kokotovic, H.J. Sussman // Systems Contr. Lett.1989.-№ 13.-P. 125-133.

55. Kokotovic, P.V. Constructive nonlinear control: progress in the 90's Text. / P.V. Kokotovic, M. Arcak // Beijing. China: Proceedings of 14th IF AC World Congress. 1999. - P. 49-77.

56. Kim, K. Robust backstepping control for slew maneuver using nonlinear tracking function Text. / K. Kim, Y. Kim // IEEE Transactions on Control Systems Technology, 11(6):822-829, 2003.

57. Metni, N. A UAV for bridge's inspection: Visual servoing control law with orientation limits Text. / Najib Metni, Tarek Hamel, and Franois Derkx //

58. Proceedings of the 5th IFAC/EURON Symposium on Intelligent Autonomous Vehicles, Lisbon, Portugal, 2004.

59. Farrell, J. Backstepping-based flight control with adaptive function approximation Text. / Jay Farrell, Manu Sharma, and Marios Polycarpou // Journal of Guidance, Control and Dynamics, 28(6): 1089-1102, 2005.

60. Hygounenc, E. Automatic airship control involving backstepping techniques Text. / E. Hygounenc, P. Soueres // Proceedings of the IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics, Hammamet, Tunisia, 2002.

61. Hygounenc, E. The autonomous" blimp project of LAAS-CNRS: Achievements in flight control and terrain mapping Text. / E. Hygounenc, I. Jung, Ph. Soures, S. Lacroix // The International Journal of Robotics Research, 23(4-5):473-511,2004.

62. Zadeh, L.A. Fuzzy Sets. Text. / L.A. Zadeh // Information and Control .-1965.-Vol. 8; P. 338^-353.

63. Zadeh, L.A. Probability Measures of Fuzzy Events Text. / L.A. Zadeh // Journal of Mathematical Analysis and Applications. 1968. - Vol. 10. - P. 421 -427.

64. Елисеев, A. Bt Оценка начальных условий фильтрации на основе систем с нечеткой логикой Текст. / А. В. Елисеев // Мехатроника, автоматизация и управление. —2006. № 7. — С. 19-28.

65. Певзнер, Л.Д. Нечеткие алгоритмы управления движением ковша мощного экскаватора-драглайна Текст. / Л.Д. Певзнер, А.Л. Мейлахс // Мехатроника, автоматизация и управление. 2007. — № 4. — С. 55.

66. Халов, Е.А. Одномерные многопараметрические функции принадлежности в задачах нечеткого моделирования и управления Текст. / Е.А. Халов // Мехатроника, автоматизация и управление. 2007. — № 4. — С. 54.

67. Глумов, В.М. Синтез контура адаптации с нечеткой логикой для системы управления деформируемого космического аппарата Текст. / В.М.

68. Глумов, И.Н. Крутова // Автоматика и телемеханика. — 2002. — № 7. С. 76 — 91.

69. Глумов, В.М. Синтез обобщенного алгоритма адаптации на основе нечеткой логики для дискретной системы управления деформируемым космическим аппаратом Текст. / В'М. Глумов, И.Н. Крутова // Автоматика и телемеханика. 2006. - № 6. - С. 174 - 193.

70. Буяхтиляй, К. Оптимальное нечеткое управление для снижения энергопотребления в дистилляционных колоннах Текст. / К. Буяхтиляй, JI. Григорьев, Ф. Лаауд, А. Хелласи // Автоматика и телемеханика. -2005. -№ 2.-С. 36-45.

71. Avenant, G. Ch. Autonomous Flight Control System for an Airship Text. / G. Ch. Avenant / Master of Science thesis, Stellenbosch University, 2010.

72. Шанин, Д.А. Построение нейросетевых регуляторов для синтеза адаптивных систем управления- Текст. / Д-А. Шанин, В1Х. Пшихопов; М.Ю. Медведев // Информационно-измерительные и управляющие системы. -2008. № 3. - Т. 6. - С. 48-52.

73. Hong, Ch. Н. Applications of Adaptive Neural Network Control to an Unmanned Airship Text. / Chun-Han Hong, Kwang-Chan Choi, and Byoung-Soo Kim// International Journal of Control, Automation, and Systems (2009) 7(6):911-917.

74. Woods, E. Billinghurst MagicMouse: an Inexpensive 6-Degree-of-Freedom Mouse Text. / E. Woods, P. Mason, M. Billinghurst // Proceedings of Graphite 2003.-Feb 11th-13th 2003.-Melbourne

75. ARToolkit libraries in Launchpad сайт. / URL: https://launchpad.net/artoolkit (дата обращения: 19.06.2011).

76. Wagner, D, ARToolKitPlus for Pose Tracking on Mobile Devices Text. / Wagner Daniel, Schmalstieg Dieter // Proceedings of 12th Computer Vision Winter Workshop (CVWW'07).- February 2007

77. Kato, H Marker tracking and hmd calibration for a video-based augmented reality conferencing system Text. / H. Kato, M. Billinghurst // Proceedings of the 2nd IEEE and ACM International Workshop on Augmented Reality (IWAR 99).-October 1999

78. Curve Fitting Toolbox MATLAB сайт. / URL: http://www.mathworks.com/products/curvefitting/ (дата обращения: 19.06.2011).

79. SourceForge.net: TerraGear Project Web Hosting - Open Source Software сайт. / URL: http://terragear.sourceforge.net (дата обращения: 19.06.2011).

80. Mapping Toolbox Analyze and visualize geographic information -MATLAB сайт. / URL: http://www.mathworks.com/products/mapping/ (дата обращения: 19.06.2011).

81. Aerospace Toolbox for MATLAB & Simulink сайт. / URL: http://www.mathworks.com/products/aerotb/ (дата обращения: 19.06.2011).

82. Сообщество пользователей Matlab и Simulink сайт. / URL: http://matlab.exponenta.ru/ (дата обращения: 19.06.2011).

83. JSBSim Open Source Flight Dynamics Model сайт. / URL: http://jsbsim.sourceforge.net/ (дата обращения: 19.06.2011).

84. Berndt, J. JSBSim: An Open Source Flight Dynamics Model in С++ Text. / Jon Berndt // AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference and Exhibit. Providence. - Rhode Island. - Aug. 16-19,2004

85. Berndt, J. Progress On and Usage of the Open Source Flight Dynamics Model Software Library, JSBSim Text. / Jon Berndt // AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference. — Chicago, Illinois. Aug. 10-13. - 2009

86. Gimenes, R. Using Flight Simulation Environments with Agent-Controlled UAVs Text. / Ricardo Gimenes // Proc. Robotica'2008

87. Основы аэродинамики JSBSim для авиасимулятора FlightGear сайт. / URL:http://www.ffightgear.ru/wikl/index.php/OcHOBbi аэродинамики JSBSim для ав иасимулятора FlightGear (дата обращения: 19.06.2011).

88. Gnuplot homepage сайт. / URL: http://gnuplot.sourceforge.net/ (дата обращения: 19.06.2011).

89. Дьяконов, В.П. Matlab R2006/2007/2008. Simulink 5/6/7. Основы применения Текст. / В.П. Дьяконов / М: Солон-Пресс, 2008. 800 с.

90. Lyshevski, S. Е. Engineering and Scientific Computations Using MATLAB Text. / S. E. Lyshevski / Wiley-Interscience, 2003. 240 p.

91. Simulink 3D Animation Simulink сайт. / URL: http ://www. math works. com/ products/3d-animati on/ (дата обращения: 19.06.2011).

92. Home FlightGear сайт. / URL: http://www.flightgear.org/ (дата обращения: 19.06.2011).

93. Никифоров, Ю.В. Электронный ресурс. / Ю.В. Никифоров // URL: http://www.avsim.su/wiki/Bвeдeниe в моделирование для авиасимулятора Fl ightGear (дата обращения: 19.06.2011).

94. FlightGear сайт. / URL: http://www.flightgear.ru/ (дата обращения: 19.06.2011).

95. Burns. R. Development of a Low-Cost Simulator for Demonstration and Engineer Training Text. / R. Burns // AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference and Exhibit. Austin, Texas. — Aug. 11-14.- 2003

96. Официальный курс обучения пакету 3ds max Текст. .— СПб.:НТ Пресс, 2007.- 1072 с.

97. Федоренко, Р.В. Алгоритмы автопилота посадки роботизированного дирижабля Электронный ресурс. // Р.В. Федоренко Электронный научно-инновационный журнал Инженерный вестник Дона— 2011.- №1-http://ivdon.ru/uploaddir/articles.371.bigimage.doc

98. Федоренко, Р.В. Структурно-алгоритмическая и аппаратная организация автопилота посадки робота-дирижабля с применением визуальной навигации Электронный ресурс. / Р.В. Федоренко // Электронное научно-техническое издание: Наука и образование.- 2011.- №9.

99. Макконнелл, С. Совершенный код Текст. / С. Макконнелл // Издательства: Питер, Русская Редакция — 2007 г.— 896 с.

100. Гамма, Э. Приемы объектно-ориентированного программирования. Паттерны проектирования Текст. / Э. Гамма, Р. Хелм, Р. Джонсон.- СПб: Питер, 2001.-368 с.