Modern control strategies for unmanned aerial systems

Abstract

Наведено сучасні підходи до математичного моде- лювання та синтезу систем керування роторними безпілотними літальними апаратами та безпілотними апаратами з нерухомим крилом. Розглянуто кінема- тичні та динамічні моделі, що описують поступальний і обертальний рух зазначених типів БПЛА, з ураху- ванням аеродинамічних сил, моментів та гіроскопічних ефектів. Проаналізовано загальні принципи побудови математичних моделей, їх адаптацію для різних класів літальних апаратів та використання у процесі синтезу систем автоматичного керування. Особливу увагу зосереджено аналізу систем стабілізації й відпрацю- вання заданої траєкторії руху, зокрема, синтезованих із застосуванням ПІД-регуляторів, LQR-регуляторів, адаптивних методів, методу model predictive control, а також теорії інтелектуального керування. Проаналі- зовано залежність вибору стратегії керування від типу апарата, характеристик польоту та цільових задач.The article provides an overview of modern approaches to mathematical modelling and synthesis of control systems for rotary-wing unmanned aerial vehicles (UAVs) and fixed-wing UAVs. It considers kinematic and dynamic models describing the translational and rotational motion of the mentioned types of UAVs, taking into account aerodynamic forces, moments, and gyroscopic effects. The general principles of mathematical model development, their adaptation for various classes of aerial vehicles, and their application in the synthesis of automatic control systems are analyzed. Particular attention is given to the analysis of stabilization systems and trajectory tracking, including those synthesized using PID controllers, LQR controllers, adaptive methods, model predictive control, and intelligent control theory. The dependence of control strategy selection on the type of UAV, flight characteristics, and mission objectives is examined.