Adaptive system of automatic control of an unmanned aerial vehic

Abstract

Multicopter- unmanned aerial vehicle which have two or more rotors that generate lift force. One of the most common types of multicopter is quadrocopter, its a multicopter with four propellers usually placed in a square formation. Control of quadcopter is interesting and at the same time difficult problem because this rotors have 6 degrees of freedom but only four inputs. But mostly used models QuadX and Quad+ they are quite easy at usage and construction. Model X allows to gain more speed than + model because of placement of its rotors, In + model only one of them is responsible for movement in the horizontal direction while X have two of them. At this work speed doesn’t matter so we will be using model + to complete this task easier, in this model only one pair of rotors used in changing position of the copter in relation of its axes. Each engine with a supporting screw is located on the vertices of an imaginary square, so each pair of diagonally placed screws has opposite rotation direction to other pair. At this placement the torque created by screws is compensated, if we make all screws turn in one side than our quadcopter will start turning to opposite direction. Position of quadcopter relative to connected to it coordinate system is determine by angles, to be more precise there are three angles: roll, pitch and yaw. ● roll - angle of rotation of the longitudinal axis; ● pitch - angle between the longitudinal axis of the aircraft and the horizontal plane; ● yaw - angle relative to the vertical axis. Quadcopter can fly in four modes such as: roll, pitch, yaw and to this also add hover. To gain altitude all engines should increase power by the same amount. Control of the roll and pitch angle can be carried out by the increase of the power of one engines while decreasing it in the opposite one. While xis roll and pitch depend on the initial choice of direction of movement. Yaw angle control is carried out by adding power to the engines, that rotates in the opposite direction to other two engines the power of which will be decreased. At the same time, altitude gain is not performed, since total power of the engines does not change Hover mode is used when thrust of engine will balance the force of gravity acting on the quadcopter, while roll and pitch angles must be close to zero. For determination of angles of quadcopter it has installed on-board control system, which is equipped with position sensors. It’s main task is tracking orientation of the device in space and stabilizing its flight by changing speed of rotation of corresponding screws. The first four rotor aircraft shown themselves early starting from 1907. August this year first aircraft with such design lifted off the ground by two feet. It was created by Louis Charles Breguet, it was lacking at stability and control and its motion was limited by four tethers. In 1921 more successful program was funded in USA. In addition to four main rotors they used two propellers for control of direction, and two more placed above engine to help lift it higher and cool engine. By conducting over 100 test flights Dr. George de Bothezat’s model proved to be more stable while flying with three men which provided an asymmetric weight distribution and could rise to maximum height of 1.8 meters and be in the air for 1 minute and 42 seconds.He was provided with additional funding but when test didn’t provide needed result program was canceled i Later, on April 1924 Etienne Oehmichen broke existing record for helicopter flight by lifting by 360m and flying for 525m. He went to fly over thousand test flights using his model of quadrotor with additional propellers for control. In the last years technology evolved to such extent that it is possible to build much better quadcopters and different types, smaller ones which can serve both professional and recreational purpose and big ones mainly used in army for transporting troops.

Мультикоптер - безпілотний літальний апарат, який має два або більше гвинтів, які створюють підйомну силу. Одним із найпоширеніших типів мультикоптерів є квадрокоптер, це мультикоптер із чотирма пропелерами, зазвичай розташованими у формі квадрата. Управління квадрокоптером є цікавою і водночас складною проблемою, тому що ротори мають 6 ступенів свободи, але лише чотири входи. Але найчастіше використовуються моделі QuadX і Quad+, вони досить прості у використанні та конструкції. Модель X дозволяє отримати більшу швидкість, ніж модель +, завдяки розміщенню своїх роторів, у моделі + лише один з них відповідає за рух у горизонтальному напрямку, тоді як у X їх два. У цій роботі швидкість не має значення, тому ми будемо використовувати модель + для полегшення виконання цього завдання, у цій моделі лише одна пара роторів використовується для зміни положення коптера щодо його осей. Кожен двигун з опорним гвинтом розташований на вершинах уявного квадрата, тому кожна пара діагонально розташованих гвинтів має протилежний напрям обертання до іншої пари. При такому розташуванні крутний момент, створюваний гвинтами, компенсується, якщо ми змусимо всі гвинти повернути в одну сторону, то наш квадрокоптер почне обертатися в протилежну сторону. Положення квадрокоптера щодо підключеної до нього системи координат визначається кутами, а точніше трьома кутами: крен, тангаж і поворот. ● крен - кут повороту поздовжньої осі; ● тангаж - кут між поздовжньою віссю ПС і горизонтальною площиною; ● yaw - кут відносно вертикальної осі. Квадрокоптер може літати в чотирьох режимах, таких як: крен, тангаж, поворот, і до цього також додайте висіння. Щоб набрати висоту, всі двигуни повинні збільшити потужність на однакову величину. Регулювання кута крену і тангажу може здійснюватися збільшенням потужності одних двигунів при зменшенні її у протилежних. При цьому крен і тангаж xis залежать від початкового вибору напрямку руху. Керування кутом повороту здійснюється шляхом додавання потужності до двигунів, які обертаються в протилежному напрямку до двох інших двигунів, потужність яких буде зменшена. При цьому набір висоти не проводиться, оскільки сумарна потужність двигунів не змінюється Режим висіння використовується, коли тяга двигуна врівноважує силу тяжіння, що діє на квадрокоптер, а кути крену та тангажу мають бути близькими до нуля. Для визначення кутів квадрокоптера встановлена бортова система управління, яка оснащена датчиками положення. Його основне завдання — відстежувати орієнтацію апарату в просторі та стабілізувати його політ шляхом зміни швидкості обертання відповідних гвинтів. Перші чотирироторні літаки показали себе рано, починаючи з 1907 року. У серпні цього року перший літак такої конструкції піднявся від землі на два фути. Він був створений Луї Шарлем Бреге, йому бракувало стабільності та контролю, а його рух був обмежений чотирма прив’язками. У 1921 році більш успішна програма була профінансована в США. На додаток до чотирьох основних роторів вони використовували два гвинти для контролю напрямку, а ще два були розміщені над двигуном, щоб допомогти підняти його вище та охолодити двигун. Провівши понад 100 випробувальних польотів, модель доктора Джорджа де Ботеза виявилася більш стабільною під час польоту з трьома людьми, які забезпечували асиметричний розподіл ваги та могли піднятися на максимальну висоту 1,8 метра та перебувати в повітрі 1 хвилину 42 секунди. Він було надано додаткове фінансування, але коли тест не дав необхідних результатів, програма була скасована . Пізніше, у квітні 1924 року, Етьєн Еміхен побив існуючий рекорд польоту на гелікоптері, піднявшись на 360 метрів і пролетівши на 525 метрів. Він здійснив понад тисячу тестових польотів на своїй моделі квадротора з додатковими пропелерами для керування. За останні роки технології розвинулися настільки, що стало можливим будувати набагато кращі квадрокоптери різних типів, менші, які можуть служити як для професійних цілей, так і для відпочинку, і великі, які в основному використовуються в армії для транспортування військ.