RU2818981C1 - Method of controlling group of maneuverable unmanned aerial vehicles - Google Patents

Method of controlling group of maneuverable unmanned aerial vehicles Download PDF

Info

Publication number
RU2818981C1
RU2818981C1 RU2022129100A RU2022129100A RU2818981C1 RU 2818981 C1 RU2818981 C1 RU 2818981C1 RU 2022129100 A RU2022129100 A RU 2022129100A RU 2022129100 A RU2022129100 A RU 2022129100A RU 2818981 C1 RU2818981 C1 RU 2818981C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
control
leader
group
vms
pitch
Prior art date
Application number
RU2022129100A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2022129100A (en
Inventor
Владимир Николаевич Акимов
Анатолий Дмитриевич Гаврилов
Константин Александрович Гаврилов
Сергей Валентинович Жарков
Никита Павлович Ковалев
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского" Министерства обороны Российской Федерации
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского" Министерства обороны Российской Федерации
Application granted granted Critical
Publication of RU2818981C1 publication Critical patent/RU2818981C1/en
Publication of RU2022129100A publication Critical patent/RU2022129100A/en

Links

Images

Abstract

FIELD: aviation.
SUBSTANCE: invention relates to methods of controlling a group of air targets (AT) based on unmanned aerial vehicles (UAV) and can be used in development of control systems based on UAV from universal target-training complex (UTTC). Method consists in the fact that at the first stage, all aerial targets based on UAVs of the future group are output by UTTC operators to the specified area of space, in which transition to control of the whole group is supposed to be carried out with the help of the AT-leader. Flight task (FT) is entered into the AT autopilot in advance. At the second stage, in the OXYZ coordinate system, the current spatial position of the group driven AT in a rectangular coordinate system is determined. At the third stage, the required heading and pitch angles of each AT group are determined. At the fourth stage, the results of numerical solution of the system of equations presented in operator form by the corresponding scheme depending on time are determined for the horizontal plane of motion of the AT-leader. Similarly, for the vertical plane of motion of the AT-leader, the values of the control signal are determined from the results of the numerical solution of the system of equations presented in operator form by the corresponding circuit. At the fifth stage, the current data from the control structure of the AT-leader are used to determine in the control systems of the slave AT values of their angular mismatches relative to the AT-leader. In the pitch control systems of slave ATs, similarly to the control system of the AT-leader, a transition from pitch angle to height control is provided. Sixth stage consists in control of the value of the current inclined distance of the AT-leader to the control point of the FT. Determination of the spatial position of each subsequent control point of the FT is carried out during the time of guidance of the group of AT to the current control point of the required trajectory when performing the manoeuvre corresponding to the given FT.
EFFECT: enabling control of a group of AT based on UAVs from one ground control station, which increases simulation capabilities of the UTTC.
1 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к способам управления группой воздушных мишеней (ВМ) на основе беспилотных летательных аппаратов (далее БпЛА) и может быть использовано при разработке систем управления ВМ на основе БпЛА из состава универсального мишенно-тренировочного комплекса (УМТК).The invention relates to methods for controlling a group of air targets (AM) based on unmanned aerial vehicles (hereinafter referred to as UAVs) and can be used in the development of AV control systems based on UAVs from the universal target training complex (UMTC).

В таком комплексе полет группы ВМ на основе БпЛА используется как при проверках и испытаниях всех типов зенитных комплексов войсковой противовоздушной обороны (ПВО), так и при проведении различного рода тренировок, учений и боевых стрельб личным составом расчетов боевых средств зенитных ракетных комплексов и систем (ЗРК и С), что в конечном итоге, позволяет повысить не только обученность расчетов, но и производительность ведения боевой работы.In such a complex, the flight of a group of VMs based on UAVs is used both in checking and testing all types of anti-aircraft systems of military air defense (AAD), and in conducting various types of training, exercises and live firing by personnel of the crews of combat equipment of anti-aircraft missile systems and systems (SAM). and C), which ultimately makes it possible to increase not only the training of crews, but also the productivity of combat work.

Технический результат, который может быть получен от использования предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении возможности управления группой ВМ на основе БпЛА с одного наземного пункта управления (НПУ) без изменения общего количества членов расчета НПУ, а также в отсутствии необходимости существенной аппаратной доработки как системы управления ВМ, так и аппаратуры НПУ, что позволит повысить имитационные возможности УМТК.The technical result that can be obtained from the use of the proposed invention is to provide the ability to control a group of VMs based on UAVs from one ground control point (GCP) without changing the total number of members of the GCP crew, and also in the absence of the need for significant hardware modifications as a VM control system , and NPU equipment, which will increase the simulation capabilities of the UMTC.

При имитации реальных действий группы средств воздушного нападения (СВН) группой ВМ на основе БпЛА из состава УМТК изобретение обеспечивает предотвращение столкновений ВМ друг с другом, возможность одновременного выполнения маневров, предусмотренных полетным заданием, а также сохранение возможности управления группой ВМ на основе БпЛА в случае потери любой ВМ из группы, при имитации маневров реальных СВН как в горизонтальной, так и вертикальной плоскостях.When simulating real actions of a group of air attack assets (AAF) by a group of aircraft based on UAVs from the UMTC, the invention ensures the prevention of collisions of aircraft with each other, the ability to simultaneously perform maneuvers provided for by the flight mission, as well as maintaining the ability to control a group of aircraft based on UAVs in the event of loss any VM from the group, when simulating maneuvers of real IOS in both horizontal and vertical planes.

Из известных систем группового применения БпЛА наиболее близким является способ управления группой беспилотных летательных аппаратов с учетом степени опасности окружающих объектов [1].Of the known systems for the group use of UAVs, the closest is the method of controlling a group of unmanned aerial vehicles, taking into account the degree of danger of surrounding objects [1].

Сущность прототипа [1] заключается в том, что для каждого БпЛА в его инерциальной навигационной системе измеряют его текущую скорость, вычисляют направление его полета, с помощью датчиков измеряют угол визирования каждого потенциально опасного объекта, расстояние до него, скорость сближения с ним, угловую скорость линии визирования этого объекта, на основе этих измеренных и вычисленных значений вычисляют координаты и векторы скоростей каждого БпЛА и каждого объекта, определяют возможности поворота объекта на БпЛА для каждого БпЛА, формируют траекторию полета и значения сигнала управления каждым БпЛА, затем сформированные траекторию и сигнал управления передают в систему управления. Обеспечивается коррекция движения всех БпЛА для предотвращения возможных столкновений.The essence of the prototype [1] is that for each UAV in its inertial navigation system, its current speed is measured, the direction of its flight is calculated, and with the help of sensors the viewing angle of each potentially dangerous object, the distance to it, the speed of approach to it, and the angular velocity are measured sight lines of this object, based on these measured and calculated values, the coordinates and velocity vectors of each UAV and each object are calculated, the possibility of turning the object on the UAV for each UAV is determined, the flight path and control signal values for each UAV are formed, then the generated trajectory and control signal are transmitted into the control system. The movement of all UAVs is corrected to prevent possible collisions.

Технические особенности систем управления ВМ конкретных УМТК не позволяют использовать прототип без существенного изменения аппаратурной части ВМ и НПУ, так как:The technical features of the VM control systems of specific UMTCs do not allow the use of the prototype without a significant change in the hardware of the VM and NPU, since:

в описании прототипа не приводится структура системы управления БпЛА, реализующая на практике предложенный алгоритм управления группой БпЛА с учетом ранжирования воздушных объектов (ВО) по степени их опасности;the description of the prototype does not provide the structure of the UAV control system, which implements in practice the proposed algorithm for controlling a group of UAVs, taking into account the ranking of airborne objects (AO) according to their degree of danger;

представленный способ, применительно к отдельному БпЛА, предполагает рассмотрение каждого соседнего БпЛА как ВО, с которым существует угроза столкновения. При этом требуется оценка параметров его движения в возможную точку встречи, что при реализации способа в УМТК требует дополнительного контроля со стороны оператора НПУ или дооснащения каждой ВМ дорогостоящей бортовой радиолокационной станцией (РЛС);The presented method, in relation to an individual UAV, involves considering each neighboring UAV as an AV with which there is a threat of collision. This requires an assessment of the parameters of its movement to a possible meeting point, which, when implementing the method in UMTC, requires additional control by the NPU operator or retrofitting each VM with an expensive on-board radar station (radar);

рассмотрение и доказательство работоспособности способа приведено только для одной плоскости полета (горизонтальной), однако при использовании БпЛА в качестве ВМ необходим учет технических особенностей системы управления полетом при изменении высоты.consideration and proof of the method's performance is given only for one flight plane (horizontal), however, when using a UAV as a VM, it is necessary to take into account the technical features of the flight control system when changing altitude.

В связи с этим для управления группой ВМ из состава УМТК более целесообразным представляется использование одного из вариантов децентрализованного управления группой БпЛА в составе локальной сети [2, 3], позволяющего реализовать совместное функционирование систем управления ВМ на основе БпЛА, их полет по заданным траекториям и предотвращение столкновений между ними.In this regard, to control a group of VMs from the UMTC, it seems more appropriate to use one of the options for decentralized control of a group of UAVs as part of a local network [2, 3], which allows for the joint functioning of VM control systems based on UAVs, their flight along given trajectories and prevention clashes between them.

Для решения вышеперечисленных задач целесообразным является использование одной из разновидностей децентрализованного управления группой БпЛА [2, 3], а именно управление группой БпЛА с лидером, которое характеризуется рядом информационных связей и предполагает использование команд управления, формируемых лидером для всех ведомых БпЛА группы.To solve the above problems, it is advisable to use one of the varieties of decentralized control of a group of UAVs [2, 3], namely control of a group of UAVs with a leader, which is characterized by a number of information connections and involves the use of control commands generated by the leader for all slave UAVs of the group.

С этой целью предлагается использовать частный случай реализации закона управления группой БпЛА в виде [2, 3]For this purpose, it is proposed to use a special case of implementing the control law for a group of UAVs in the form [2, 3]

где - обратная матрица соответствующих коэффициентов, определяющих величину сигналов управления;Where - inverse matrix of corresponding coefficients that determine the magnitude of control signals;

- матрица эффективности управления; - management efficiency matrix;

Qi - матрица соответствующих коэффициентов штрафов за точность управления БпЛА-лидером группы;Q i is the matrix of the corresponding penalty coefficients for the accuracy of control of the UAV-group leader;

- разность ошибок управления БпЛА-лидером; - difference in control errors of the UAV leader;

G j - матрица соответствующих коэффициентов штрафов за точность управления ведомыми БпЛА группы;G j is the matrix of the corresponding penalty coefficients for the accuracy of control of the group's slave UAVs;

- разность значений ошибок управления между объектами управления в группе (лидер - ведомые БпЛА). - difference in control error values between control objects in the group (leader - follower UAVs).

Использование закона управление (1) обусловлено рядом его преимуществ, например, за счет учета ошибок обеспечивается не только полет ВМ по требуемой траектории, но и предотвращение их столкновений.The use of the control law (1) is due to a number of its advantages, for example, by taking into account errors not only the flight of the aircraft along the required trajectory is ensured, but also the prevention of their collisions.

Таким образом, из (1) следует, что требуемая траектория полета для ВМ-лидера в группе может быть сформирована по законуThus, from (1) it follows that the required flight trajectory for the VM leader in the group can be formed according to the law

в котором не учитывается движение ведомых ВМ группы.which does not take into account the movement of slave VMs of the group.

Для управления ведомыми ВМ необходимо обеспечить наличие информации об их текущем и требуемом положениях относительно ВМ-лидера, а также относительно друг друга. В этом случае закон управления для остальных ВМ группы должен быть представлен в видеTo manage slave VMs, it is necessary to ensure the availability of information about their current and required positions relative to the leader VM, as well as relative to each other. In this case, the control law for the remaining VMs in the group should be presented in the form

При синтезе закона управления группой ВМ на основе соотношений (2) и (3) учтены независимости каналов управления ВМ по курсу ψ и тангажу θ, и это позволяет выполнить построение соответствующей структуры системы управления группой ВМ только для одной, например горизонтальной плоскости. При этом для ее использования во втором канале управления необходимо учесть особенности формирования полетного задания (ПЗ) для всей группы мишеней с лидером [4], а также технические особенности штатной системы управления ВМ для вертикальной плоскости наведения.When synthesizing the control law for a group of aircraft based on relations (2) and (3), the independence of the aircraft control channels in heading ψ and pitch θ is taken into account, and this makes it possible to construct the corresponding structure of the control system for a group of aircraft only for one, for example, a horizontal plane. At the same time, to use it in the second control channel, it is necessary to take into account the features of the formation of a flight task (FP) for the entire group of targets with a leader [4], as well as the technical features of the standard VM control system for the vertical guidance plane.

Для осуществления полета ВМ-лидера использован так называемый пошаговый «процесс преследования» ВМ-лидером заданной точки траектории полета, пространственное положение которой определяется в соответствии с математическими зависимостями ПЗ.To carry out the flight of the VM leader, the so-called step-by-step “process of pursuit” by the VM leader of a given point of the flight trajectory is used, the spatial position of which is determined in accordance with the mathematical dependencies of the FZ.

В процессе полета ВМ-лидера в идеальном случае она должна проследовать в пространстве по всем точкам опорной траектории ПЗ. При этом модуль скорости сближения ВМ-лидера с каждой точкой ПЗ остается величиной постоянной.During the flight of the VM leader, ideally, it should follow in space along all points of the reference trajectory of the PV. In this case, the modulus of the speed of approach of the VM leader with each point of the PV remains constant.

Это позволяет использовать при синтезе управления группой ВМ метод пропорционально-дифференциального наведения ВМ-лидера на отдельные точки траектории ПЗ, предполагая линейным, закон сближения лидера с каждой точкой опорной траектории в видеThis makes it possible to use, when synthesizing control of a group of VMs, the method of proportional-differential guidance of the VM leader to individual points of the PV trajectory, assuming linear, the law of the leader’s approach to each point of the reference trajectory in the form

где r0 - расстояние от текущего положения ВМ-лидера до контрольной точки траектории в момент начала управления группой ВМ на соответствующем интервале опорной траектории;where r 0 is the distance from the current position of the VM leader to the control point of the trajectory at the moment the group of VMs begins to control the corresponding interval of the reference trajectory;

- составляющая скорости сближения ВМ-лидера с контрольной точкой ПЗ; - component of the speed of approach of the VM-leader with the control point PV;

tKT - текущее время полета лидера группы ВМ с момента начала управления до момента достижения им контрольной точки опорной траектории.t KT is the current flight time of the leader of the VM group from the moment control begins until he reaches the control point of the reference trajectory.

После прохождения ВМ-лидером каждой контрольной точки ПЗ должны обновляться данные о r0, а отсчет времени tKT должен производиться от нее заново для получения нового значения составляющей наклонной дальности r до следующей контрольной точки траектории.After the VM-leader passes each control point of the PZ, the data on r 0 must be updated, and the time t KT must be counted from it again to obtain a new value of the slant range component r to the next control point of the trajectory.

При этих условиях в качестве моделей изменения кинематического курсового угла и горизонтальной составляющей угловой скорости вращения линии «ВМ - контрольная точка опорной траектории» ωГ при движении ВМ-лидера можно использовать уравнения видаUnder these conditions, as models for changing the kinematic heading angle and the horizontal component of the angular velocity of rotation of the line “VM - control point of the reference trajectory” ω Г when moving the VM leader, you can use equations of the form

где - требуемое управляющее ускорение ВМ-лидера в горизонтальной плоскости;Where - required control acceleration of the VM leader in the horizontal plane;

r - составляющая текущей дальности ВМ-лидера до контрольной точки опорной траектории ПЗ.r is the component of the current range of the VM leader to the control point of the reference trajectory of the PZ.

Для построения структуры системы управления группой мишеней ВМ-лидером необходимо выполнить преобразование дифференциальных уравнений (4) и (5) в их операторное представление с заменой символа дифференцирования на оператор преобразования Лапласа.To build the structure of a control system for a group of targets by a VM leader, it is necessary to transform differential equations (4) and (5) into their operator representation with the replacement of the differentiation symbol with the Laplace transform operator.

При этом (4) и (5) принимают видIn this case, (4) and (5) take the form

Подставляя (7) в (6), с осуществлением соответствующих преобразований, получено выражение для кинематического курсового угла ВМ-лидера в операторном представленииSubstituting (7) into (6), with the implementation of the corresponding transformations, an expression is obtained for the kinematic heading angle of the VM leader in the operator representation

Таким образом, в результате представленного выше обоснования предоставляется возможность определения передаточной функции кинематического уравнения движения ВМ-лидера по требуемой траектории ПЗ с учетом управляющего воздействия для штатной системы управления ВМ на основе БпЛА самолетного типа в видеThus, as a result of the justification presented above, it is possible to determine the transfer function of the kinematic equation of motion of the VM leader along the required trajectory of the PZ, taking into account the control action for a standard VM control system based on an aircraft-type UAV in the form

Учитывая выражение (2) и результаты, описанные в [2, 3], получаем закон управления для ВМ-лидера в группе в дифференциальной формеTaking into account expression (2) and the results described in [2, 3], we obtain the control law for the VM leader in the group in differential form

где qψi и qωi - коэффициенты «штрафов» за точность выдерживания ВМ-лидером требуемой траектории полета,where q ψi and q ωi are the “penalty” coefficients for the accuracy of the VM leader maintaining the required flight path,

ki - коэффициент, определяющий значение сигнала управления.k i - coefficient that determines the value of the control signal.

Из уравнений (6) и (7) можно получить уравнение связи между угловой скоростью ωГ и курсовым углом ψГ From equations (6) and (7) we can obtain an equation for the relationship between angular velocity ω Г and heading angle ψ Г

В соответствии с описанными результатами структурная схема, реализующая для системы управления ВМ-лидером закон управления в горизонтальной плоскости, показана на фиг.1.In accordance with the described results, a block diagram that implements the control law in the horizontal plane for the VM-leader control system is shown in Fig. 1.

Для вертикальной плоскости структурная схема будет иметь аналогичный вид, за исключением наличия дополнительного элемента, позволяющего осуществлять переход от угла тангажа θ к высоте h полета ВМ-лидера, которая представлена на фиг.2.For the vertical plane, the structural diagram will have a similar form, with the exception of the presence of an additional element that allows the transition from the pitch angle θ to the flight altitude h of the VM leader, which is presented in Fig.2.

Схема отражает переход от ПЗ к с учетом рассмотренных выше кинематических уравнений применительно к требуемому углу тангажа при управлении группой ВМ.The diagram reflects the transition from PZ to taking into account the kinematic equations discussed above in relation to the required pitch angle when managing a group of VMs.

Для определения закона управления ведомыми ВМ на основе БпЛА в группе необходимо использовать (3), при этом данные из структуры системы управления ВМ-лидера используются для управления ведомыми ВМ в группе в соответствии с соотношениемTo determine the law for controlling slave VMs based on UAVs in a group, it is necessary to use (3), while data from the structure of the control system of the leader VM is used to control slave VMs in the group in accordance with the relation

где - разность значений требуемых управляющих воздействий ВМ-лидера и ведомой ВМ по курсовому углу;Where - the difference in the values of the required control actions of the leader and slave VMs in terms of heading angle;

- разность значений управляющих воздействий с выхода схемы, реализующей формирование управления ВМ-лидера по курсовому углу и с выхода соответствующего контура системы управления ведомой ВМ. - the difference between the values of control actions from the output of the circuit that implements the formation of control of the leader VM according to the heading angle and from the output of the corresponding circuit of the control system of the slave VM.

Таким образом, структурные схемы системы управления группой ВМ на основе БпЛА по курсу и высоте, в сочетании с неизменяемой штатной системой управления воздушных мишеней (показаны как контуры управления), имеют вид, представленный на фиг.3, 4.Thus, the block diagrams of the control system for a group of aircraft based on UAVs in terms of heading and altitude, in combination with an unchangeable standard control system for air targets (shown as control loops), have the form shown in Figs. 3, 4.

Таким образом, структуру предложенного способа можно представить в виде, показанном на фиг.5.Thus, the structure of the proposed method can be represented as shown in Fig.5.

Сущность способа заключается в следующей последовательности действий над группой ВМ на основе БпЛА:The essence of the method lies in the following sequence of actions on a group of VMs based on UAVs:

На первом этапе способа осуществляется вывод операторами УМТК всех ВМ на основе БпЛА будущей группы в заданную область пространства, в которой предполагается переход к управлению всей группой ВМ с помощью ВМ-лидера.At the first stage of the method, UMTC operators bring out all VMs based on UAVs of the future group into a given area of space, in which a transition to control of the entire group of VMs with the help of a VM leader is assumed.

Полетное задание в автопилот ВМ вводится заранее (на земле или в воздухе), используя соответствующий канал связи. При этом выполняется просчет выбранного ПЗ до первой контрольной точки с определением ее пространственных координат относительно пространственных координат ВМ-лидера xВМ1, yВМ1, zВМ1, также с определением: начальной наклонной дальности r0 ВМ-лидера, его углов курса и тангажа на момент начала управления группой ВМ.The flight task is entered into the VM autopilot in advance (on the ground or in the air) using the appropriate communication channel. In this case, the selected FZ is calculated to the first control point with the determination of its spatial coordinates relative to the spatial coordinates of the VM leader x VM1 , y VM1 , z VM1 , also with the determination of: the initial slant range r 0 of the VM leader, its heading angles and pitch at the time of starting management of the VM group.

На втором этапе в системе координат OXYZ определяется текущее пространственное положение ведомых ВМ группы в прямоугольной системе координат (х2,…,n,y2,…,n,z2,…,n), их углы курса ψВМ2…n и тангажа θBM2,…,n на момент начала управления группой ВМ.At the second stage, in the OXYZ coordinate system, the current spatial position of the slave VMs of the group is determined in a rectangular coordinate system (x 2,...,n ,y 2,...,n ,z 2,...,n ), their heading angles ψ VM2...n and pitch θ BM2,…,n at the moment of starting control of the VM group.

На третьем этапе определяются требуемые значения углов курса и тангажа каждой ВМ группы, которые представляют собой соответствующие значения этих углов в направлении на контрольную точку и используются в качестве входных воздействий при отработке системой управления каждой ВМ направлений на контрольную точку траектории, пространственное положение которой определено ПЗ. В качестве начального условия для структуры системы управления ВМ-лидера принимается At the third stage, the required values of heading and pitch angles are determined each VM of the group, which represent the corresponding values of these angles in the direction to the control point and are used as input influences when the control system of each VM is working out directions to the control point of the trajectory, the spatial position of which is determined by the PP. As an initial condition for the structure of the VM-leader’s control system, it is accepted

На четвертом этапе для горизонтальной плоскости движения ВМ-лидера определяются результаты численного решения системы уравнений, представленных в операторном виде пунктирной частью структурной схемы фиг.3 в зависимости от времени tKT, при изменении которого с шагом Δt использован линейный закон изменения наклонной дальности ВМ-лидера до контрольной точки ПЗ. При этом на основе углового рассогласования между требуемым значением курсового угла ВМ-лидера при движении на контрольную точку ПЗ и его выходным значением на выходе системы управления группой ВМ формируется составляющая управляющего сигнала по курсу для ВМ-лидера.At the fourth stage, for the horizontal plane of movement of the VM leader, the results of a numerical solution of the system of equations are determined, presented in operator form by the dotted part of the block diagram of Fig. 3, depending on the time t KT , when changing with a step Δt, the linear law of change in the slant range of the VM leader is used to the control point PZ. In this case, based on the angular mismatch between the required value of the heading angle of the VM leader when moving to the control point PZ and its output value, a component of the control signal is formed at the output of the control system for the group of VMs according to the course for VM-leader.

Для обеспечения устойчивости сближении ВМ-лидера с контрольной точкой ПЗ значение управляющего сигнала корректируется с учетом значения угловой скорости ωГ по изменению Аналогично для вертикальной плоскости движения ВМ-лидера определяются значения управляющего сигнала по результатам численного решения системы уравнений, представленных в операторном виде пунктирной частью структурной схемы, представленной на фиг.4.To ensure stability of the approach of the VM leader to the control point PZ, the value of the control signal is adjusted taking into account the value of the angular velocity ω Г according to the change Similarly, for the vertical plane of movement of the VM leader, the values of the control signal are determined based on the results of the numerical solution of the system of equations, presented in operator form by the dotted part of the block diagram presented in Fig.4.

Управляющие сигналы для соответствующих плоскостей наведения используются для определения требуемых углов курса и тангажа которые являются входными воздействиями для штатной неизменяемой системы управления ВМ-лидера в процессе его движения в направлении заданной контрольной точки ПЗ.Control signals for the corresponding guidance planes are used to determine the required heading angles and pitch which are input influences for the standard unchangeable control system of the VM leader in the process of its movement in the direction of a given control point PZ.

На пятом этапе текущие данные от управляющей структуры ВМ-лидера в виде используются для определения в системах управления ведомых ВМ значений их угловых рассогласований и относительно ВМ-лидера. Этим обеспечивается полет ведомых ВМ с выдерживанием взаимных расстояний, исключающих столкновения ВМ в процессе движения всей группы к контрольной точке ПЗ.At the fifth stage, current data from the control structure of the VM leader in the form are used to determine the values of their angular mismatches in control systems of slave VMs And relative to the VM leader. This ensures the flight of the slave aircraft while maintaining mutual distances to prevent collisions between aircraft during the movement of the entire group to the control point PZ.

В системах управления ведомых ВМ по тангажу аналогично системе управления ВМ-лидера, предусмотрен переход от угла тангажа к управлению по высоте In control systems of slave VMs in pitch similar to the VM-leader control system, a transition from the pitch angle is provided to height control

Шестой этап заключается в контроле значения r(tKT) текущей наклонной дальности ВМ-лидера до контрольной точки ПЗ. При достижении значения этой дальности заданного rmin, выбираемого из соображений сохранения работоспособности системы управления ВМ-лидера, производится переход к наведению группы ВМ на следующую контрольную точку ПЗ.The sixth stage is to control the value r(t KT ) of the current slant range of the VM leader to the control point PZ. When the value of this range reaches the specified r min , selected for reasons of maintaining the operability of the control system of the VM leader, the transition to guiding the group of VMs to the next control point of the PV is made.

Определение пространственного положения каждой последующей контрольной точки ПЗ осуществляется за время наведения группы ВМ на текущую контрольную точку требуемой траектории движения при выполнении маневра, соответствующего заданному ПЗ.Determination of the spatial position of each subsequent control point of the FZ is carried out during the time of pointing the group of VMs to the current control point of the required trajectory when performing a maneuver corresponding to the given FZ.

Представленная последовательность действий определяет сущность предлагаемого способа управления группой маневренных беспилотных летательных аппаратов.The presented sequence of actions determines the essence of the proposed method of controlling a group of maneuverable unmanned aerial vehicles.

Дополнительно, следует отметить, что в случае потери ВМ-лидера, можно предусмотреть наличие в составе системы управления каждой ВМ схемы, реализующей закон управления всей группой ВМ, что соответствует передаче функций ВМ-лидера ближайшей к нему ВМ.Additionally, it should be noted that in the event of the loss of a VM leader, it is possible to provide for the presence in the control system of each VM of a circuit that implements the control law for the entire group of VMs, which corresponds to the transfer of the functions of the VM leader to the VM closest to it.

Это позволяет обеспечить сохранение конфигурации группы оставшихся ВМ на всем участке выполнения ПЗ.This makes it possible to ensure that the configuration of the group of remaining VMs is preserved throughout the entire area of the PP execution.

Результаты моделирования (фиг.6, 7, 8) с использованием имитационной модели [5] показывают, что в течение всего полета к контрольным точкам ПЗ траектории ВМ не пересекаются в группе, следовательно, способ управления обеспечивает их полет в составе группы без столкновения.The simulation results (Figs. 6, 7, 8) using a simulation model [5] show that during the entire flight to the PZ control points, the trajectories of the aircraft do not intersect in the group, therefore, the control method ensures their flight as part of a group without a collision.

Это достигается за счет учета в законе управления группой для каждой из ВМ взаимного положения ВМ-лидер - ведомые ВМ.This is achieved by taking into account in the group control law for each of the VMs the relative position of the leader VM - slave VMs.

Промышленная применимость предлагаемого технического решения подтверждается возможностью реализации его назначения с помощью стандартных бортовых вычислительных средств, без существенной доработки системы управления ВМ на основе БпЛА, так как в конечном итоге при реализации на практике необходима лишь дополнительная информация о движении ВМ на основе БпЛА относительно соответствующих контрольных точек требуемой траектории полета.The industrial applicability of the proposed technical solution is confirmed by the possibility of implementing its purpose using standard on-board computing tools, without significant modification of the UAV-based VM control system, since ultimately, when implemented in practice, only additional information is needed about the movement of the UAV-based VM relative to the corresponding control points required flight path.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Изобретение к патенту RU 2728197 С1. «Способ управления группой беспилотных летательных аппаратов с учетом степени опасности окружающих объектов».1. Invention for patent RU 2728197 C1. “A method for controlling a group of unmanned aerial vehicles, taking into account the degree of danger of surrounding objects.”

2. Верба B.C., Татарский Б.Г., Меркулов В.И. и др. «Комплексы с беспилотными летательными аппаратами». Москва. Радиотехника. 2016. 822 с.2. Verba V.S., Tatarsky B.G., Merkulov V.I. and others. “Complexes with unmanned aerial vehicles.” Moscow. Radio engineering. 2016. 822 p.

3. Верба B.C., Татарский Б.Г., Меркулов В.И. и др. «Принципы построения и особенности применения комплексов с БЛА». М.: Радиотехника, 2016. 505 с.3. Verba V.S., Tatarsky B.G., Merkulov V.I. and others. “Principles of construction and features of the use of complexes with UAVs.” M.: Radio engineering, 2016. 505 p.

4. Моисеев B.C. «Групповое применение беспилотных летательных аппаратов». - Казань: Редакционно-издательский центр «Школа», 2017. 572 с. (Серия «Современная прикладная математика и информатика»).4. Moiseev B.S. "Group use of unmanned aerial vehicles." - Kazan: Editorial and Publishing Center “School”, 2017. 572 p. (Series “Modern applied mathematics and computer science”).

5. Заявка №2021114324/11 (030445). «Имитационная модель системы управления воздушной мишенью на основе беспилотного летательного аппарата из состава мишенного комплекса».5. Application No. 2021114324/11 (030445). “Simulation model of an air target control system based on an unmanned aerial vehicle from the target complex.”

Claims (1)

Способ управления группой маневренных беспилотных летательных аппаратов, заключающийся в том, что группа воздушных мишеней выводится в заданную область воздушного пространства при определении начальной наклонной дальности r0 до ВМ-лидера, ее углов курса и тангажа с одновременным определением текущего пространственного положения ведомых ВМ, их углов курса ψBM2,…,n и тангажа θBM2,…,n с последующим их сравнением с требуемыми значениями углов курса и тангажа каждой ВМ группы, отличающийся тем, что в качестве начального условия на момент начала управления для системы управления ВМ-лидера принимаются равенства затем для горизонтальной плоскости движения ВМ-лидера в зависимости от времени tKT, при изменении которого с шагом Δt используется линейный закон изменения наклонной дальности, на основе углового рассогласования между требуемым значением курсового угла ВМ-лидера при движении на контрольную точку ПЗ и его выходным значением на выходе системы управления группой ВМ формируется составляющая управляющего сигнала jГ по курсу для ВМ-лидера при обеспечении устойчивости сближения ВМ-лидера с контрольной точкой ПЗ за счет коррекции управляющего сигнала jГ путем учета значения угловой скорости ωГ по изменению аналогично для вертикальной плоскости движения ВМ-лидера определяются значения управляющего сигнала jВ, управляющие сигналы jГ и jВ для соответствующих плоскостей наведения используются для определения требуемых углов курса и тангажа которые являются входными воздействиями для штатной неизменяемой системы управления ВМ-лидера в процессе его движения в направлении заданной контрольной точки ПЗ, текущие данные от управляющей структуры ВМ-лидера в виде используются для определения в системах управления ведомых ВМ значений их угловых рассогласований относительно ВМ-лидера, тем самым обеспечивая полет ведомых ВМ с выдерживанием взаимных расстояний, исключающих столкновения ВМ в процессе движения всей группы к контрольной точке ПЗ, в системах управления ведомых ВМ по тангажу аналогично системе управления ВМ-лидера, осуществляется переход от угла тангажа к управлению по высоте при достижении значения текущей наклонной дальности заданного rmin, выбираемого из соображений сохранения работоспособности системы управления ВМ-лидера, осуществляется переход к наведению группы ВМ на следующую контрольную точку ПЗ.A method for controlling a group of maneuverable unmanned aerial vehicles, which consists in the fact that a group of air targets is launched into a given area of airspace while determining the initial slant range r 0 to the VM leader and its heading angles and pitch with simultaneous determination of the current spatial position of the slave VMs, their heading angles ψ BM2,...,n and pitch θ BM2,...,n with their subsequent comparison with the required values of heading and pitch angles each VM of the group, characterized in that the equalities are accepted as the initial condition at the start of control for the control system of the VM leader then for the horizontal plane of movement of the VM leader, depending on time t KT , when changing with a step Δt, the linear law of change in the slant range is used, based on the angular mismatch between the required value of the heading angle of the VM leader when moving to the control point PZ and its output value at the output of the control system for a group of VMs, a component of the control signal j Г is formed along the course for the VM leader while ensuring the stability of the approach of the VM leader to the control point PZ by correcting the control signal j Г by taking into account the value of the angular velocity ω Г by change similarly, for the vertical plane of movement of the VM leader, the values of the control signal j V are determined, the control signals j Г and j В for the corresponding guidance planes are used to determine the required heading angles and pitch which are input influences for the standard unchangeable control system of the VM leader in the process of its movement in the direction of a given control point PZ, current data from the control structure of the VM leader in the form are used to determine the values of their angular mismatches in control systems of slave VMs relative to the leader VM, thereby ensuring the flight of the slave VMs while maintaining mutual distances that exclude collisions of VMs during the movement of the entire group to the control point PZ, in the pitch control systems of the slave VMs similar to the control system of the VM leader, the transition from the pitch angle is carried out to height control when the value of the current slant range specified r min is reached, selected for reasons of maintaining the operability of the control system of the VM-leader, the transition to guiding the group of VMs to the next control point of the PV is carried out.
RU2022129100A 2022-11-08 Method of controlling group of maneuverable unmanned aerial vehicles RU2818981C1 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2818981C1 true RU2818981C1 (en) 2024-05-08
RU2022129100A RU2022129100A (en) 2024-05-08

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7047861B2 (en) * 2002-04-22 2006-05-23 Neal Solomon System, methods and apparatus for managing a weapon system
RU2685282C1 (en) * 2018-09-11 2019-04-17 Федеральное казенное предприятие "Научно-исследовательский институт "Геодезия" (ФКП "НИИ "Геодезия") Method of formation of spatial large-scale imitation-target situation formation
US10586186B2 (en) * 2016-05-05 2020-03-10 Cisco Technology, Inc. Fog drone fleet orchestrator
US20210256845A1 (en) * 2020-02-17 2021-08-19 International Business Machines Corporation Drone formation for traffic coordination and control
US20210263538A1 (en) * 2019-12-23 2021-08-26 Lg Electronics Inc. Unmanned aerial vehicle and unmanned aerial vehicle system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7047861B2 (en) * 2002-04-22 2006-05-23 Neal Solomon System, methods and apparatus for managing a weapon system
US10586186B2 (en) * 2016-05-05 2020-03-10 Cisco Technology, Inc. Fog drone fleet orchestrator
RU2685282C1 (en) * 2018-09-11 2019-04-17 Федеральное казенное предприятие "Научно-исследовательский институт "Геодезия" (ФКП "НИИ "Геодезия") Method of formation of spatial large-scale imitation-target situation formation
US20210263538A1 (en) * 2019-12-23 2021-08-26 Lg Electronics Inc. Unmanned aerial vehicle and unmanned aerial vehicle system
US20210256845A1 (en) * 2020-02-17 2021-08-19 International Business Machines Corporation Drone formation for traffic coordination and control

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shaferman et al. Cooperative multiple-model adaptive guidance for an aircraft defending missile
Oh et al. Coordinated standoff tracking of moving target groups using multiple UAVs
US4128837A (en) Prediction computation for weapon control
CN111580556B (en) Multi-unmanned aerial vehicle collaborative path planning and guidance method under space-time constraint
Arita et al. Optimal feedback guidance for nonlinear missile model with impact time and angle constraints
Oh et al. Coordinated standoff tracking using path shaping for multiple UAVs
US2992423A (en) Rocket launch control systems
Wang et al. An optimal guidance strategy for moving-target interception by a multirotor unmanned aerial vehicle swarm
RU2818981C1 (en) Method of controlling group of maneuverable unmanned aerial vehicles
RU2728197C1 (en) Method to control a group of unmanned aerial vehicles taking into account the degree of danger of surrounding objects
Morais et al. Trajectory and Guidance Mode for autonomously landing an UAV on a naval platform using a vision approach
Zhang et al. A three-dimensional cooperative guidance law based on consensus theory for maneuvering targets
Triharminto et al. Dynamic uav path planning for moving target intercept in 3D
Khuralay et al. Computer simulation of intelligent control systems for high-precision cruise missiles
Lee et al. A mini-drone development, genetic vector field-based multi-agent path planning, and flight tests
Popov et al. Development of Algorithm for Guiding the Swarm of Unmanned Aerial Vehicles
Mobeen et al. Cooperative guidance laws for flight of multiple uavs using arrival time control
Verba Methods for aircraft guidance with changes in control priorities
RU2571845C1 (en) Control over drone flight path at flyby over terrain relief in vertical plane
Baghiyan Quaternion-based algorithm of ground target tracking by aircraft
CN110979716A (en) Ship-borne vertical take-off and landing detection and correction unmanned aerial vehicle attitude ship-aircraft cooperative guidance method
Lee et al. Capture Region of Tactical Missile Equipped With Semi-Active Laser Seeker Using Tobit Kalman Filter
Osder Integrated flight/fire control for attack helicopters
Jeong et al. Maritime application of ducted-fan flight array system: Decoy for anti-ship missile
RU2791341C1 (en) Method for controlling weapons of multifunctional tactical aircraft and a system for its implementation