МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ДИНАМІКИ БЕЗПІЛОТНИХ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ

Анотація

У статті вирішується актуальна науково-прикладна задача підвищення точності та робастності систем автономного донаведення безпілотних літальних апаратів (БПЛА) в умовах дії нестаціонарних зовнішніх збурень та обмежених ресурсів бортових обчислювачів. Авторами проведено ґрунтовний аналіз сучасної науково-технічної суперечності між необхідністю реалізації складних інтелектуальних алгоритмів керування та жорсткими SWaP-обмеженнями вбудованих систем реального часу, де надмірна обчислювальна складність призводить до критичних часових затримок і втрати стійкості. Наукова новизна дослідження полягає у розробці уточненої математичної моделі динаміки чотирироторного БПЛА, яка вперше враховує векторну конфігурацію додаткових горизонтальних підрулюючих пристроїв (ГПП). Така конструктивна схема з надлишковою актуацією дозволяє реалізувати незалежне керування лінійним положенням апарата без зміни його кутової орієнтації, що є визначальним для етапу прецизійного маневрування. Вперше математично обґрунтовано та реалізовано повну алгоритмічну декупеляцію каналів позиціонування та орієнтації, що створює умови для паралельного виконання обчислювальних потоків на сучасних багатоядерних системах на кристалі. Особливу увагу приділено обчислювальній ефективності: доведено, що використання повнорангової матриці актуації гарантує єдиний аналітичний розв’язок задачі розподілу керуючих зусиль зі сталою складністю O(1), виключаючи ітераційні методи та непередбачувані затримки. Обґрунтовано вибір кутів Ейлера для опису орієнтації в межах малих кутів нахилу, що знижує навантаження на процесор та забезпечує високу лінгвістичну інтерпретованість для інтелектуальних алгоритмів. Практична значущість роботи підтверджується впровадженням нейромережі RSEFNN для онлайн-ідентифікації нелінійних сил та зовнішніх збурень, що дозволяє замінити громіздкі аналітичні вирази коріолісових сил та аеродинамічного опору єдиним адаптивним блоком. Запропонований підхід радикально спрощує архітектуру польотного програмного забезпечення, підвищує його робастність до параметричних невизначеностей та мінімізує обсяг необхідної програмної пам’яті. Сформована інтелектуально-робастна архітектура забезпечує прецизійне донаведення БПЛА без ризику виникнення обчислювальних сингулярностей, зберігаючи високу швидкодію цифрового двійника в системах жорсткого реального часу.