2787

Встроенная функция Point-of-interest. Работает при хорошем сигнале GPS, но требует предварительных настроек. Пользователь может

-выбрать место, которое ему надо снять на камеру со всех сторон, включить функцию с передатчика,

имодель будет выполнять круговые полёты вокруг места на расстоянии от 5 до 500 метров;

-Функция «Возврат домой» может включаться вручную пилотом с передатчика;

-Поддержка PPM-приёмника;

-Intelligent Orientation Control – система «умно-

го» ориентирования в пространстве. Функция «Course Lock» позволяет зафиксировать положение модели и одним нажатием кнопки назначать, где у модели перед, зад, лево, право. При включении функции «Home Lock», нажимая назад, модель летит назад к месту взлета;

-Режим FailSafe позволяет не бояться потери сигнала между передатчиком и моделью – при потере сигнала или плохом качестве модель автоматически переходит в режим Atti. и зависает на месте. Если сигнал не восстановится за определенный период времени, контроллер WK-M самостоятельно рассчитывает путь до места взлета и направляет по данному маршруту модель после чего сажает ее в автоматическом режим;

-Двойная защита от разряда батареи. При значительном разряде аккумулятора модель подает визуальные сигналы, при критическом разряде – автоматическое включение функции возврата к месту взлета и посадки. При необходимости защиту от разряда можно настроить или отключить;

-Модель, оснащенную WooKong-M, можно модернизировать до сверхсерьезного устройства, способного выполнять сложные многоэтапные задачи. При покупке модема, лицензии на полеты десяткам точек и другого оборудования, можно запрограммировать

91

мультиротор на полет по различным точкам на различной высоте, запуск с кнопки, управление с джойстика и на многие другие функции.

Контроллеры Zero UAV

Данные контроллеры выпускает компания Zero UAV Intelligence Technology [8]. Они имеют закрытые прошивки и схему. Выпускается 2 вида контроллеров:

1.Zero UAV YS-X4: базовая версия, имеет практически все полетные режимы, в том числе полеты по точкам, ведение логов полета,

2.передачу телеметрии и др. Версия имеет ограничение по количеству точек автоматического полета и расстоянию между ними. Контроллер более функционален, чем DJI Naza. Один из главных недостатков - это большой вес контролера, из-за чего невозможно использование на легких моделях. (Вместе с GPS модулем - около 300г.)

3.Zero UAV YS-X6: профессиональная версия. Существуют разные версии контроллеров, в зависимости от количества доступных точек автономного полета.

Рассмотрим подробнее:

- По характеристикам Zero UAV YS-X6 очень схож с

DJI WKM;

- Сверх точная стабилизация по высоте и GPS;

- Возможность слежения и управления системой с по-

мощью вашего смартфона/планшетного компьютера на ОС IOS или Android;

-Оснащен модулем WiFi, для подключения к наземной станции (смартфону или планшету) и управления всеми функциями мульти-роторной системой, просмотра телеметрийных данных со смартфона или планшета. Дальность действия WiFi равна приерно 300-500м, но можно подключить дополнительные модули (продаются отдельно) и получить 5 км дальности;

-Авто-взлет и авто-посадка;

-Полет по точкам;

-Автоматическое слежение за человеком.

92

Open Pilot

Выпущены разные версии контроллеров - CopterControl, CopterControl3D и OpenPilot Revolution [9].

Настройка контроллеров производится с помощью ПО

OpenPilot GCS.

-32-битный микроконтроллер STM32 (128 кБ Flash памяти и 20 кБ оперативной памяти);

-3-осевой высокопроизводительный MEMS гироскоп и 3-осевой MEMS акселерометр MPU-6000;

-Компактная (36 × 36 мм) 4-слойная печатная плата обеспечивает максимальную защиту от помех и высокую производительность;

-Поддержка ПО Windows, Mac и Linux для конфигурации контроллера;

-Поддержка USB и отсутствие необходимости установки драйверов;

-Поддержка сателитов Spektrum;

-Поддержка системы Futaba S/BUS;

-Технология Flexi-port;

-4 МБ энергонезависимой памяти EEPROM для хранения настроек;

-Поддержка основных радиовходов: 6 каналов

PWM, PPM, Spektrum/JR DSM2, DSMJ, DSMX, приемники Futaba S.Bus;

-Поддержка нескольких приемников одновре-

менно;

-Функции ReceiverPort (настраиваемые): 6 входных каналов PWM или PPM, 4 выходных канала

PWM;

-Функции MainPort (настраиваемые): телеметрия (по умолчанию), GPS, S.BUS, сателиты

Spektrum/JR;

-Функции FlexiPort (настраиваемые): телеметрия, GPS, сателиты Spektrum/JR, периферийные устройства I2C (в разработке);

93

-10 выходов PWM для сервоприводов или ESC либо для стабилизации камеры;

-Стабилизация камеры: поддержка 3-осевых подвесов

споддержкой стабилизации и ручного управлении;

-Дополнительный фильтр, работающий на частоте 500

Гц.

Контроллеры XAircraft

Один из первых полетных контроллеров, с удобной программой для настройки с компьютера и GPS-функции. Однако на качество реализации были жалобы пользователей,

и сегодня модели этой серии (XAircraft 450 и XAircraft 650)

приобретать не выгодно. Также вышла новая версия контроллера XAircraft SuperX, в которой прежние недостатки вроде бы исправлены, однако владельцев данных систем пока недостаточно для получения хороших обзоров и отзывов.

Контроллеры KapteinKuk Контроллеры семейства KapteinKuk - одни из первых и

недорогих контроллеров. Имеют открытый исходный код, минимальный набор датчиков и периферии. Количество настроек и возможностей также минимально, однако благодаря простоте низкой цене эти модели имеют своих покупателей и небольшую нишу на рынке. Но, в целом, сейчас приобретение данных систем нецелесообразно.

Контроллеры MicroKopter

Именно с немецким контроллером MicroKopter был запущен первый квадрокоптер. Используются для профессиональной фотосъемки и видеосъемке. Настройка довольно запутанна, поэтому в любительском применении использование MicroKopter нецелесообразно.

Контроллер AutoQuad

Контроллер с открытым исходным кодом для профессионального использования. Имеет хорошие характеристики, но крайне сложен в настройке. Проект поддерживается не-

94

большой командой разработчиков, и его перспективы пока неясны.

Прочие контроллеры Существует большое количество контроллеров,

разрабатываемых энтузиастами-одиночками или небольшими компаниями, но все их рассматривать не имеет смысла.

Литература

1.Соммер У. Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino-Петербург, 2012.

2.Баранов, В.Н. Применение контроллеров AVR: схемы, алгоритмы программы / В.Н. Баранов. - Изд-во Додэка-ХХ1: 2004

3.MultiWii Lite V1.0 Flight Controller w/FTDI - [Электронный ресурс]. Дата обновления: 29. 08. 2016 – URL:http://www.parkflyer.ru/en/product/512204/#position=com ments (дата обращения: 15. 09. 2016)

5.MultiWii 328P Flight Controller w/FTDI & DSM2 - [Электронный

6.ресурс]. Дата обновления: 14. 08. 2016 – URL: http://www.parkflyer.ru/ru/product/512200/?refcat=20156 (дата обращения: 15. 09. 2016)

7.MultiWii PRO Flight Controller w/MTK GPS Module - [Электронный ресурс]. Дата обновления: 3. 07. 2016 – URL: http://www.parkflyer.ru/ru/product/1521938/ (дата обращения: 15. 09. 2016)

8.CRIUS ALL IN ONE PRO v1.0 - [Электрон-

ный ресурс]. Дата обновления: 14. 08. 2016 – URL: http://tn5.ru/500120-crius-all-in-one-pro-v10-multiwii- megapirate-flight-controller.html (дата обращения: 15. 09. 2016)

9.Общие ресурсы по квадрокоптерам: сайт rcdesign. - 2009 [Электронный ресурс]. Дата обновления: 18.08.2015 -URL: http://forum.rcdesign.ru/f135/thread206076185.html (дата обращения: 15. 10. 2016)

10.Zero UAV YS-X6 - [Электронный ресурс].

95

http://uavshop.ru/published/SC/html/scripts/index.php?ukey=news&blog _id=39&did=35 (дата обращения: 15. 09. 2016)

11. Общие ресурсы по квадрокоптерам: infocopter.ru. - [Электронный ресурс]. Дата обновления: 29. 08. 2016 -URL: http://infocopter.ru/obzor/kontrolleryi/ (дата обращения: 15. 10. 2016)

Воронежский государственный технический университет

96

УДК 629.7.062.2:531.224.4

А.В. Николаев, Д.И. Коробкин, В.М. Блохин, А.В. Мельников

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В УСЛОВИЯХ

НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ УГЛОВ

В статье рассмотрены вопросы ориентации летательного аппарата в пространстве, проведен анализ алгоритмов управления с применением углов Эйлера, связанных с декартовой системой координат

Параметрами однозначно определяющие ориентацию летательного аппарата (ЛА) в пространстве, используемые – это углы поворота (углы Эйлера), которые связаны с декартовой системой координат. Рассматривая случай, когда связанная система координат (условно - базис "1") с ЛА может быть совмещена со стартовой (условно - базис "с") путем последовательных поворотов вокруг ее осей (рисунок 1),когда каждый следующий поворот осуществляется вокруг оси, полученной от предыдущего поворота.

Рис. 1. Связанный базис

97

При этом ориентация связанной системы относительно стартовой, служащей началом отсчета, определяется так называемым переходом первого рода через три угла. В качестве исходного, с которым сначала совмещен требуемый базис, принимается стартовый базис. В результате первого поворота относительно оси Yс на угол рыскания образуется новый базис OX Y Z . Следующий поворот на угол тангажа относительно оси Z переводит базис OX Y Z в базис OXaYaZa. Наконец, третий поворот на угол крена относительно оси Xa переводит базис OXaYaZa в связанный базис

OX1Y1Z1.

Рис. 2. Ориентация связанного базиса относительно стартового пятью углами

Встречаются случаи, когда для описания пространственного положения ЛА углы , и неизвестны, тогда ориентацию связанного базиса относительно стартового можно задать пятью поворотами с переходом через промежуточный скоростной базис (рисунок 2), то есть матри-

В этом случае, постановкой задачи требуется определение таких элементов движения, которые не входят непосредственно в состав рассмотренной системы. Поэтому приходится разрабатывать дополнительный аппарат. Пусть, например, требуется знание угла тангажа ЛА. Необходимая для этого формула получается приравниванием соответствующих элементов матриц перехода от стартового базиса к связанному при разных способах перехода. Так как A1c( , , ) = A1c( , , , , ), то из равенства элемен- тов a21 этих матриц следует, что

= arcsin(sin cos cos +cos cos sin +cos sin sin cos )(2)

Следует заметить, что область определения функции arcsin ограничена интервалом (- /2; /2). Так как априори нельзя гарантировать, что диапазон изменения угла окажется в заданном интервале, то для снятия неопределенности следует, приравнивая другие

99

элементы матрицы, образовать систему уравнений с разными тригонометрическими функциями, анализ знаков которых позволит установить искомую область заданного угла. Такого рода замечание тем более справедливо, если значение какогото угла находится через функцию arccos, поскольку область ее определения (0; ) не дает возможности без дополнительного анализа обнаружить острый отрицательный угол.

Вообще говоря, следует иметь в виду, что обратная задача, связанная с определением углов по численным значениям элементов матрицы преобразования координат, всегда дает два решения, верных в статическом смысле. Это означает, что любая из найденных двух последовательностей поворотов приводит исходный базис к конечному. Но в динамике один из переходов связан с малыми значениями углов, а другой – с большими. Поэтому, если такие решения используются в реальных динамических системах управления ЛА, то нужен дополнительный алгоритм отбора рационального в динамическом смысле решения.

В результате получаем, что для моделирования и закладки в алгоритмы системы управления применение углов Эйлера ограничивается критическими значениями параметров.

Однако данные проблемы снимаются рассмотрением четырех параметров, которые не имеют вырождения, а именно, кватернионная теория, которая была развита Олидом Родригом, а в работах Уильяма Гамильтона получила окончательное теоретическое обоснование.

Рассматривая кватернион, как линейный оператор поворота известно, что преобразование вида(3) не меняет нормы кватерниона R .

Если кватернион R будет векторным кватернионом, то не изменится и норма вектора, которым он определяется. То есть описанное преобразование над вектором, не меняет его

100