Применение машинного обучения для адаптивного управления траекториями БПЛА в условиях неопределенности
- Авторы: Ермилов А.С.1, Салтыкова О.А.1
-
Учреждения:
- Российский университет дружбы народов
- Выпуск: Том 26, № 1 (2025)
- Страницы: 7-16
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/2312-8143/article/view/327617
- DOI: https://doi.org/10.22363/2312-8143-2025-26-1-7-16
- EDN: https://elibrary.ru/JNLPXG
- ID: 327617
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Исследованы возможности применения машинного обучения (МО) для адаптивного управления траекториями беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в условиях неопределенности. Изучены концепции алгоритмов МО и классификация БПЛА по назначению, размеру и весу. Для анализа методов управления применялись теоретические подходы, такие как ансамблевое обучение, нейронные сети и вероятностные модели, позволяющие адаптировать траектории полета в реальном времени. В дополнение к этому представлены математические модели, которые проиллюстрированы формулами, описывающими динамику взаимодействия системы управления с внешними возмущениями и управляющими воздействиями. Для оценки точности и эффективности предложенных алгоритмов изучены параметры, включающие адаптивность системы, точность корректировки маршрутов и устойчивость в сложных условиях. Также исследовано влияние ограничений вычислительных мощностей на работу алгоритмов в реальном времени. Рассмотрена роль интеграции данных с различных датчиков для повышения точности и надежности системы управления. Особое внимание уделено практическому применению МО для прогнозирования изменений окружающей среды и оптимизации полетных траекторий. Примеры использования алгоритмов МО в реальных проектах включают успешные разработки российских и зарубежных компаний, демонстрирующие высокую автономность и адаптивность управления. Результаты исследования демонстрируют, что использование МО позволяет существенно повысить автономность и безопасность БПЛА, обеспечивая надежную корректировку маршрутов даже в условиях неопределенности. Дальнейшие исследования могут быть направлены на разработку коллективного управления группами БПЛА и улучшение интеграции МО в реальном времени. Это позволит расширить функциональность БПЛА, повысить их эффективность, а также снизить ресурсозатраты.
Ключевые слова
Об авторах
Александр Сергеевич Ермилов
Российский университет дружбы народов
Email: eemilov-sasha@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0007-4549-172X
SPIN-код: 8696-5057
аспирант кафедры механики и процессов управления, инженерная академия
Российская Федерация, 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6Ольга Александровна Салтыкова
Российский университет дружбы народов
Автор, ответственный за переписку.
Email: saltykova-oa@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0002-3880-6662
SPIN-код: 3969-6707
кандидат физико-математических наук, доцент кафедры механики и процессов управления, инженерная академия
Российская Федерация, 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6Список литературы
- Obukhov AD, Nazarova AO. A control method based on computer vision and machine learning technologies for adaptive systems. Мechatronics, Automation, Control. 2023;24(1):14-23. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.24.14-23 EDN: YZTOPE
- Davletov AR. Modern machine learning methods and OCR technology for document processing automation. Bulletin of Science. 2023;10(67):677-697. (In Russ.) https://doi.org/10.24412/2712-8849-2023-1067-676-698 EDN: OZQMOC
- Andrievsky BR, Popov AM, Mikhailov VA, Popov FA. Application of artificial intelligence methods for UAV flight control. Aerospace Engineering and Technology.2023;1(2):72-107. (In Russ.) EDN: CLGVYM
- Alam MM, Moh S. Joint Trajectory Control, Frequency Allocation, and Routing for UAV Swarm Networks:A Multi-Agent Deep Reinforcement Learning Approach. IEEE Transactions on Mobile Computing. 2024;23(12). https://doi.org/10.1109/TMC.2024.3403890
- Davletov AR. The main difficulties in integrating machine learning into commercial operation. Innovation & Investment. 2023;(10):335-339. (In Russ.) EDN: UBCPOX
- Xiao Y. Machine learning-based design of a linear self-resistant attitude control system for UAV string level. Applied Mathematics and Nonlinear Sciences. 2024;9(1):1-24. https://doi.org/10.2478/amns.2023.2.01320 EDN: MTBMZX
- Perrusquía A, Guo W, Fraser B, Wei Z. Uncovering drone intentions using control physics informed machine learning. Communications Engineering. 2024;3(1):1-26. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-3127372/v1
- Kazakov LN, Kubyshkin EP, Paley DE. Construction of an adaptive motion control system optimal information exchange scheme for a group of unmanned aerial vehicle. Modeling and Analysis of Information Systems. 2023;30(1):16-26. (In Russ.) https://doi.org/10.18255/1818-1015-2023-1-16-26 EDN: TOCUAE
- Tomakova RA, Pilist SA, Brezhneva AN, Gorbachev IN, Zaikin YO. Method and algorithm of autonomous flight trajectory planning of an unmanned aerial vehicle when monitoring the fire situation in order to detect the source of ignition early. Proceedings of the Southwest State University. Series: Control, Computer Engineering, Infor-mation Science. Medical Instruments Engineering. 2023;13(1):93-110. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1536-2023-13-1-93-110 EDN: COTWER
- Sembiring J, Sasongko RA, Bastian EI, Raditya BA, Limansubroto RE. A Deep Learning Approach for Trajectory Control of Tilt-Rotor UAV. Aerospace. 2024;11(1):96. https://doi.org/10.3390/aerospace11010096 EDN: CDJAEF
- Tang J, Xie N, Li K, Liang Ya, Chen X. Trajectory Tracking Control for Fixed-Wing UAV Based on DDPG. Journal of Aerospace Engineering. 2024;37(3):04024012. https://doi.org/10.1061/JAEEEZ.ASENG-528 EDN: JHDCBC
- Kulida EL, Lebedev VG. Problems in the application of machine learning methods in aviation. Management of the Development of Large-Scale Systems (MLSD’2023). Proceedings of the XVI International Conference, Moscow, September 26-28, 2023. Moscow: V.A. Trapeznikov Institute of Management Problems of the Russian Academy of Sciences, 2023;1315-1321. (In Russ.) https://doi.org/10.25728/mlsd.2023.1315 EDN: RHPWHH
- Malygin DS. Microservice architecture in cloud systems: risks and application opportunities in 2024-2030. Modeling, optimization and information technology. 2024;12(2):29. (In Russ.) https://doi.org/10.26102/2310-6018/2024.45.2.029 EDN: JGOZIT
- Han X, Zhao X, Xu X, Mei C, Xing W, Wang X. Trajectory tracking control for underactuated autonomous vehicles via adaptive dynamic programming. Journal of the Franklin Institute. 2024;361(1):474-488. https://doi.org/10.1016/j.jfranklin.2023.12.003 EDN: HEEQAV
- Fagundes-Junior LA, de Carvalho KB, Ferreira RS, Brandão AS. Machine Learning for Unmanned Aerial Vehicles Navigation: An Overview. SN Computer Science. 2024;5(2):1-26. https://doi.org/10.1007/s42979-023-02592-5 EDN: MXAHWC
- Lezhankin BV, Erokhin VV, Malisov NP. Control of the flight path of an unmanned aerial vehicle with different configurations of navigation information sources. Crede Experto: Transport, Society, Education, Language. 2024;(1):113-127. (In Russ.) https://doi.org/10.51955/2312-1327_2024_1_113 EDN: NSRDTA
- Haque E, Hasan K, Ahmed I, Alam MS, Islam T. Towards an Interpretable AI Framework for Advanced Classification of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). 2024 IEEE 21st Consumer Communications & Networking Conference (CCNC). IEEE, 2024. p. 644-645. https://doi.org/10.1109/CCNC51664.2024.10454862
- Castro GGR, Berger GS, Cantieri A, Teixeira MAS, Lima J, Pereira AI, Pinto MF. Adaptive path planning for fusing rapidly exploring random trees and deep reinforce-ment learning in an agriculture dynamic environment UAVs. Agriculture. 2023;13(2):354. https://doi.org/10.3390/agriculture13020354 EDN: KEROLZ
- Artemov A. Programming languages in data engi-neering: overview, trends and practical application. Innovation Science. 2023;10-2:9-13. EDN: LLGVKL
- Artyomov AA. Datacontract in analytical systems: basic principles, practical benefits and implementation methods. Bulletin of Science. 2023;12(69):800-812. (In Russ.) EDN: HUTTTS
- Sahani SK, Sah AK, Jha A, Sahani K. Analytical Frameworks: Differential Equations in Aerospace Engi-neering. ALSYSTECH Journal of Education Technology. 2024;2(1):13-30. https://doi.org/10.58578/alsystech.v2i1.2267 EDN: NWEDOP
Дополнительные файлы
