Модальне керування кутом крену безпілотного літального апарата

Автор(и)

  • Вадим Вікторович Аврутов Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» https://orcid.org/0000-0002-3875-0646
  • Олексій Володимирович Гегельський Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» https://orcid.org/0000-0002-8108-4730
  • В’ячеслав Вікторович Цисарж Державне підприємство «Науково-дослідний інститут «Квант-радіолокація», Київ https://orcid.org/0009-0004-3294-2710
  • Ольга Ярославівна Паздрій Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» https://orcid.org/0000-0002-8970-5079
  • Максим Юрійович Хутко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» https://orcid.org/0009-0006-8344-6674

DOI:

https://doi.org/10.18372/1990-5548.88.20979

Ключові слова:

автопілот, спостерігаючий пристрій, система автоматичного керування, кут крену, безпілотний літальний апарат, ПІД-регулятор

Анотація

  • У статті розглянуто задачу автоматичного керування кутом крену безпілотного літального апарата. На основі повної математичної моделі безпілотного літального апарата та методів модального керування досліджено два варіанти системи автоматичного керування: автопілот, реалізований як замкнена система зі зворотним зв’язком, та система зі спостерігаючим пристроєм. Проведено аналіз умов керованості та спостережуваності системи, отримано рівняння автопілота, структура якого відповідає ПІД-регулятору. Результати чисельного моделювання подано у вигляді часових залежностей кута крену, кутової швидкості крену та кута відхилення елерона для різних власних частот. Аналітична перевірка підтверджує значення усталеного кута крену, отриманого в результаті моделювання. Визначено параметри автопілота для різних перехідних процесів. Обчислено корені характеристичних рівнянь для стандартних біноміальної форми та форми Баттерворта, а також отримано аналітичні вирази для матриці коефіцієнтів підсилення спостерігача Люенбергера. Показано, що використання спостерігаючого пристрою суттєво змінює характер перехідного процесу системи. Запропонований підхід, заснований на методах модального керування, може бути застосований не лише для керування кутом крену, але й для синтезу систем автоматичного керування кутами тангажу та рискання як безпілотного літального апарата, так і інших літальних апаратів.

Біографії авторів

Вадим Вікторович Аврутов , Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Доктор технічних наук

Професор

Факультет робототехніки та приладобудування

Олексій Володимирович Гегельський , Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Аспірант

Факультет робототехніки та приладобудування 

В’ячеслав Вікторович Цисарж , Державне підприємство «Науково-дослідний інститут «Квант-радіолокація», Київ

Кандидат технічних наук

Ольга Ярославівна Паздрій, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Доктор філософії (PhD).

Факультет робототехніки та приладобудування, 

Максим Юрійович Хутко , Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Аспірант

Факультет робототехніки та приладобудування

Посилання

D. A. Vadis and V. V. Avrutov, “Methods for increasing the functional efficiency of UAVs,” Mechanics of Gyroscopic Systems, no. 48, pp. 55–68, 2024. https://doi.org/10.20535/0203-3771482024317891

Z. Kong and Q. Lu, “Mathematical Modeling and Modal Switching Control of a Novel Tiltrotor UAV,” Journal of Robotics, vol. 2018, no. 1, 2018, Art. no. 8641731. https://doi.org/10.1155/2018/8641731

Y. Liu and H. Wang, “Mode Transition Control Law Design for a Multi-Modal UAV,” 2019 IEEE 8th Joint International Information Technology and Artificial Intelligence Conference (ITAIC), IEEE, 2019, pp. 1664–1671. https://doi.org/10.1109/ITAIC.2019.8785767

Y. Bai, X. Li, J. Zhang, et al., “Dynamic UAV Deployment in Multi-UAV Wireless Networks: A Multi-Modal Feature-Based Deep Reinforcement Learning Approach,” IEEE Internet of Things Journal, 2025. https://doi.org/10.1109/JIOT.2025.3556300

G. Rizzoli, F. Rebecchi, F. Biondi, et al., “Syndrone Multi-Modal UAV Dataset for Urban Scenarios,” Proceedings of the IEEE/CVF International Conference on Computer Vision, 2023, pp. 2210–2220. https://doi.org/10.1109/ICCVW60793.2023.00235

J. Luo, L. Zhang, Y. Chen, et al., “UAV-Based Operational Modal Analysis Method Using Improved Homography-Based Perspective Rectification Method,” Journal of Vibration and Control, vol. 30, no. 7–8, pp. 1829–1840, 2024. https://doi.org/10.1177/10775463231171958

J. Miao and P. Zhang, “UAV Visual Navigation System Based on Digital Twin,” 2022 18th International Conference on Mobility, Sensing and Networking (MSN), IEEE, 2022, pp. 865–870. https://doi.org/10.1109/MSN57253.2022.00140

A. Li, J. Chen, Z. Wang, et al., “Cross-Modal Object Detection via UAV,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 72, no. 8, pp. 10894–10905, 2023. https://doi.org/10.1109/TVT.2023.3262129

M. A. Diallo, M. Ould-Khaoua, B. Gueye, et al., “Multi-Modal Deep Reinforcement Learning Framework for Interference-Limited RIS-Assisted UAV Wireless Network,” 2025 12th IFIP International Conference on New Technologies, Mobility and Security (NTMS), IEEE, 2025, pp. 80–85. https://doi.org/10.1109/NTMS65597.2025.11076827

R. C. Dorf and R. H. Bishop, Modern Control Systems, Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, 2001, 831 p. https://doi.org/10.1002/acs.890

B. Porter, R. Crossley, and P. A. Witting, “Modal control: Theory and applications,” in IEEE Trans. Syst., Man, Cybern., vol. SMC-4, no. 6, pp. 595–596, 1974.

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-04-19

Як цитувати

Аврутов , В. В., Гегельський , О. В., Цисарж , В. В., Паздрій, О. Я., & Хутко , М. Ю. (2026). Модальне керування кутом крену безпілотного літального апарата. Електроніка та системи управління, 2(88), 145–155. https://doi.org/10.18372/1990-5548.88.20979

Номер

Том 2 № 88 (2026)

Розділ

АВТОМАТИЗАЦІЯ ТА КОМП’ЮТЕРНО-ІНТЕГРОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА РОБОТОТЕХНІКА

Ліцензія

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Науковий журнал "Електроніка та системи управління" дотримується принципів відкритого доступу (Open Access) та забезпечує вільний, негайний і постійний доступ до всіх опублікованих матеріалів без фінансових, технічних або юридичних обмежень для читачів.

Усі статті публікуються у відкритому доступі відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).

Авторські права

Автори, які публікують свої роботи в журналі ""Електроніка та системи управління":

  • зберігають за собою авторські права на свої публікації;

  • надають журналу право на перше опублікування статті;

  • погоджуються на поширення матеріалів за ліцензією CC BY 4.0;

  • мають право повторно використовувати, архівувати та поширювати свої роботи (у тому числі в інституційних та тематичних репозитаріях) за умови посилання на первинну публікацію в журналі.