г. Санкт-Петербург и Ленинградская область, Россия
аспирант
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I (Кафедра «Информационные и вычислительные системы, Аспирант)
г. Санкт-Петербург и Ленинградская область, Россия
С расширением сфер применения беспилотных летательных аппаратов достоверное прогнозирование их поведения на этапе проектирования становится все более актуальной задачей. Решить ее возможно с использованием соответствующих методов моделирования. Цель: выявить и сравнить методы, применяемые в моделировании полетных характеристик беспилотных летательных аппаратов. Результаты: рассмотрена модель пространственного движения с шестью степенями свободы (6DoF, Six Degrees of Freedom), проведено сравнение основных методов, используемых для моделирования полетных характеристик (метода Эйлера, классического метода Рунге — Кутты четвертого порядка и адаптивной схемы Рунге — Кутты — Фельберга), проанализированы алгоритмы планирования маршрута (A*, RRT*, генетический алгоритм и метод роя частиц). Установлено, что для большинства исследовательских задач метод Рунге — Кутты четвертого порядка оказывается разумным компромиссом по точности и вычислительной стоимости, тогда как на режимах с разномасштабной динамикой предпочтительны адаптивные схемы. Сформулированы рекомендации по подбору метода в зависимости от класса задачи и допустимой погрешности. Практическая значимость: результаты работы применимы при создании программных средств моделирования полета и выборе вычислительного ядра для конкретного класса беспилотных летательных аппаратов.
математическое моделирование, численные методы, беспилотный летательный аппарат, БПЛА, моделирование полета, метод Рунге — Кутты, оптимизация траектории, алгоритм A*, метод роя частиц
1. Лебедев А. А., Чернобровкин Л. С. Динамика полета беспилотных летательных аппаратов: учебное пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1973. 616 с.
2. Управление и наведение беспилотных маневренных летательных аппаратов на основе современных информационных технологий / под ред. М. Н. Красильщикова и Г. Г. Себрякова. М.: Физматлит, 2003. 280 с.
3. Бюшгенс Г. С., Студнев Р. В. Аэродинамика самолета. Динамика продольного и бокового движения. М.: Машиностроение, 1979. 352 с.
4. Бахвалов Н. С., Жидков Н. П., Кобельков Г. М. Численные методы: учебник. 12-е изд. М.: Лаборатория знаний, 2024. 639 с.
5. Stevens B. L., Lewis F. L., Johnson E. N. Aircraft Control and Simulation: Dynamics, Controls Design, and Autonomous Systems. Third Edition. Hoboken (NJ): Wiley-Blackwell, 2015. 768 p.
6. Etkin B., Reid L. D. Dynamics of Flight: Stability and Control. Third Edition. Hoboken (NJ): Wiley, 1996. 400 p.
7. Мхитарян А. М. Аэродинамика: учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: КНОРУС, 2012. 448 с.
8. Ким Д. П. Теория автоматического управления: учебник для вузов. Т. 1. Линейные системы. 2-е изд., испр. и доп. М.: Физматлит, 2016. 312 с.
9. Хайрер Э., Нёрсетт С., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Нежесткие задачи / пер. с англ. под ред. С. С. Филиппова. М.: Мир, 1990. 512 с.
10. Боднер В. А. Системы управления летательными аппаратами: учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1973. 504 с.
11. Карпенко А.П. Современные алгоритмы поисковой оптимизации. Алгоритмы, вдохновленные природой: учебное пособие. 2-е изд. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017. 446 с.
12. Алгоритмы: построение и анализ. Третье издание = Introduction to Algorithms. Third Edition / Кормен Т. Х. [и др.]; пер. с англ. и ред. И. В. Красикова. М.: Вильямс, 2013. 1328 с.
13. Karaman S., Frazzoli E. Sampling-Based Algorithms for Optimal Motion Planning // International Journal of Robotics Research. 2011. Vol. 30, no. 7. Pp. 846–894. DOI:https://doi.org/10.1177/0278364911406761
14. LaValle S. M. Planning Algorithms. Cambridge: Cambridge University Press, 2006. 844 p.
15. Гладков Л. А., Курейчик В. В., Курейчик В. М. Генетические алгоритмы: учебник. 2-е изд., испр. и доп. М.: Физматлит, 2010. 368 с.
16. Kennedy J., Eberhart R. Particle Swarm Optimization // Proceedings of ICNN ‘95 — International Conference on Neural Networks (Perth, Australia, 27 November — 1 December 1995). Vol. 4. Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1995. Pp. 1942–1948. DOI:https://doi.org/10.1109/ICNN.1995.488968
17. Beard R. W., McLain T. W. Small Unmanned Aircraft: Theory and Practice. Second Edition. Princeton (NJ): Princeton University Press, 2012. 320 p.
