Динамическое дифференцирование и сглаживание зашумленных сигналов, задающих траекторию беспилотного летательного аппарата
- Авторы: Кокунько Ю.Г.1
-
Учреждения:
- ФГБУН Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
- Выпуск: № 107 (2024)
- Страницы: 142-161
- Раздел: Управление подвижными объектами и навигация
- URL: https://journals.rcsi.science/1819-2440/article/view/285165
- DOI: https://doi.org/10.25728/ubs.2024.107.8
- ID: 285165
Цитировать
Полный текст
Аннотация
На примере беспилотного летательного аппарата самолетного типа рассматривается проблема создания единого комплексного подхода к фильтрации и сглаживанию опорных траекторий, представляющих собой сигнальные задающие воздействия, и к восстановлению их производных. Для решения данной проблемы разработаны методы построения и алгоритмы настройки динамического генератора допустимых траекторий. Система дифференциальных уравнений, которой описывается генератор заданий, соответствует канонической модели объекта управления «вход – выход». Выходные переменные генератора отслеживают опорный зашумленный и негладкий векторный сигнал задающих воздействий. Таким образом, генератор представляет собой следящий дифференциатор. Для синтеза его локальных связей и корректирующих воздействий применяются гладкие и ограниченные сигмоидальные функции с ограниченными производными. Такой подход позволяет учитывать ограничения на скорость и ускорение конкретного летательного аппарата, поэтому выходные переменные следящего дифференциатора порождают сглаженную естественным образом пространственную кривую и ее производные, которые используются в системе управления объектом в качестве реализуемой эталонной траектории. Результаты численного моделирования продемонстрировали эффективность разработанного подхода к динамическому дифференцированию и сглаживанию векторных сигналов как в детерминированном случае, так и в присутствии шума. Проведен сравнительный анализ динамических генераторов с различными вариантами установки дополнительных фильтров нижних частот. Применение предложенного подхода возможно для обработки задающих воздействий различных объектов управления, динамическая модель которых приводима к каноническому виду.
Об авторах
Юлия Георгиевна Кокунько
ФГБУН Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Email: juliakokunko@gmail.com
Москва
Список литературы
- АНТИПОВ А.С., КРАСНОВА С.А., УТКИН В.А. Синтез инвари-антных нелинейных одноканальных систем слежения с сигмои-дальными обратными связями с обеспечением заданной точности слежения // Автоматика и телемеханика. – 2022. – №1. – С. 40–66.
- ДЫЛЕВСКИЙ А.В., ЛОЗГАЧЕВ Г.И. Применение метода про-странства состояний для синтеза дифференциаторов // Автома-тика и телемеханика. – 1999. – №9. – C. 13–20.
- ЕМЕЛЬЯНОВ С.В., АФАНАСЬЕВ А.П. Дифференцирование сиг-нала в системах автоматического регулирования // Автоматика и телемеханика. – 2015. – №12. – С. 27–42.
- КОКУНЬКО Ю.Г., КРАСНОВА С.А. Два подхода к синтезу инва-риантной системы слежения для беспилотного летательного ап-парата // Управление большими системами. – 2020. – Вып. 85. – С. 113–142.
- КРАСНОВ Д.В., УТКИН А.В. Наблюдатель пониженного порядка для оценивания смешанных переменных в системах слежения при действии внешних несогласованных возмущений // Дифференци-альные уравнения. – 2020. – Т. 56, №12. – С. 1681–1694.
- ALSANOUSI A.A. Design and Optimization of Low Pass Filter. Lap Lambert Academic Publishing. – Sunnyvale, CA, USA, 2017.
- ANTIPOV A.S., KRASNOVA S.A., UTKIN V.A. Methods of Ensuring Invariance with Respect to External Disturbances: Overview and New Advances // Mathematics. – 2021. – Vol. 9(23). – P. 3140.
- ASTOFI D., ZACCARIAN L., JUNGERS M. On the use of low-pass filters in high-gain observers // Systems and Control Letters. – 2021. – Vol. 148. – P.104856.
- BUZIKOV M., GALYAEV A. Minimum-time lateral interception of a moving target by a Dubins car // Automatica. – 2021. – Vol. 135. – Art. No. 109968.
- DESSEN F. Optimizing Order to Minimize Low-Pass Filter Lag // Cir-cuits, Systems, and Signal Processing. – 2019. – Vol. 38. – P. 481–497.
- GUO B.-Z., ZHAO Z.-L. On convergence of tracking differentiator and application to frequency estimation of sinusoidal signals // Proc. 8th Asian Control Conference (ASCC). – 2011. – P. 1470–1475.
- KANATNIKOV A.N., KRISHCHENKO A.P. Terminal control of spa-tial motion of flying vehicles // Journal of Computer and System Sci-ences International. – 2008. – Vol. 47(5). – P. 718–731.
- KIKUUWE R., PASARIBU R., BYUN G. A First-Order Differentiator with First-Order Sliding Mode Filtering // IFAC-PapersOnLine. – 2019. – Vol. 52(16). – P. 771–776.
- KOKUNKO Y.G., KRASNOVA S.A., UTKIN V.A. Cascade Synthesis of Differentiators with Piecewise Linear Correction Signals // Autom. Remote Control. – 2021. – Vol. 82(7). – P. 1144–1168.
- KRASNOVA S.A. Estimating the Derivatives of External Perturba-tions Based on Virtual Dynamic Models // Autom. Remote Control. – 2020. – Vol. 81(5). – P. 897–910.
- LAMBERT E., ROMANO R., WALTING D. Optimal Path Planning with Clothoid Curves for Passenger Comfort // Proc. of the 5th Int. Conf. on Vehicle Technology and Intelligent Transport Systems, May 3–5, 2019, Heraklion, Greece. – P. 609–615.
- LEVANT A. Robust exact differentiation via sliding mode technique // Automatica. – 1998. – Vol. 34(3). – P. 379–384.
- LEVANT A., LIVNE M., YU X. Sliding-Mode-Based Differentiation and Its Application // IFAC-PapersOnLine. – 2017. – Vol. 50(1). – P. 1699–1704.
- RICHARD L., BURDEN J., DOUGLAS F. Numerical Analysis. – Brooks, Cole, 2000.
- ROSU H.C., MANCAS S.C., HSIEH C.-C. Generalized Cornu-type spirals and their Darboux parametric deformations // Phys. Lett. A. – 2019. – Vol. 383. – P. 2692–2697.
- SHANMUGAVEL M., TSOURDOS A., WHITE B.A., ZBIKOWSKI R. Differential Geometric Path Planning of Multiple UAVs // Trans. ASME. J. Dyn. Syst. Meas. Control. – 2005. – Vol. 129(5). – P. 620–632.
Дополнительные файлы
