Modeling and numerical simulation of unmanned aircraft vehicle restricted by non-holonomic constraints

• Autorzy: Ładyżyńska-Kozdraś E.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie i symulacja numeryczna automatycznie sterowanego bezzałogowego statku powietrznego skrępowanego więzami nieholonomicznymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the modeling of flight dynamics of an unmanned air- craft vehicle (UAV) using the Boltzmann-Hamel equations for mechanical systems with non-holonomic constraints. Control laws have been treated as non-holonomic constraints superimposed on dynamic equations of motion of UAV. The mathematical model containing coupling dynamics of the aircraft with superimposed guidance have been obtained by introducing kinematic relationships as the preset parameters of the motion resulting from the process of guidance. The correctness of the developed mathematical model was confirmed by the carried out numerical simulation.

PL

W pracy zaprezentowano modelowanie dynamiki lotu automatycznie sterowanego bezzałogowego statku powietrznego z zastosowaniem równań Boltzmanna-Hamela dla układów mechanicznych o więzach nieholonomicznych. Prawa sterowania potraktowano jako więzy nieholonomiczne nałożone na dynamiczne równania ruchu BSP. Uzyskano model matematyczny zawierający sprzężenie dynamiki statku powietrznego z nałożonym sterowaniem, wprowadzając związki kinematyczne jako parametry zadane ruchu wynikające z procesu naprowadzania. Poprawność opracowanego modelu matematycznego potwierdziła przeprowadzona symulacja numeryczna.

Słowa kluczowe

EN

automatically steered aircraft vehicle; non-holonomic constraints; Boltzmann-Hamel equations

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 50 nr 1
• Strony: 251--268
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Ładyżyńska-Kozdraś E.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Mechatronics, Warsaw, Poland,

Bibliografia

• 1. Bloch A.M., 2003, Nonholonomic Mechanics and Control. Systems and Control, Springer, New York
• 2. Blajer W., 1998, Metody dynamiki układów wieloczłonowych, Monografie nr 35, Wydawnictwo Politechniki Radomskiej, Radom
• 3. Blajer W., Graffstein J., Krawczyk M., 2001, Prediction of the dynamic characteristics and control of aircraft in prescribed trajectory flight, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 39, 1, 79-103
• 4. Chelaru T., Pana V., Chelaru A., 2009, Dynamics and flight control of the UAV formations, Journal WSEAS Transactions on Systems and Control, 4, 4
• 5. Dogan A., Venkataramanan S., 2005, Nonlinear control for reconfiguration of unmanned-aerial-vehicle formation, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 28, 4
• 6. Ducard G.J.J., 2009, Fault-Tolerant Flight Control and Guidance Systems: Practical Methods for Small Unmanned Aerial Vehicles, Advances in Industrial Control Series, Springer
• 7. Etkin B., Reid L., 1996, Dynamics of Flight. Stability and Control, John Wiley & Sons Inc., New York
• 8. Graffstein J., 2009, Wpływ parametrycznej niepewności modelu na zmiany wspołczynnikow wzmocnień automatycznej stabilizacji samolotu, Prace Instytutu Lotnictwa, 201, 65-75
• 9. Graffstein J., Krawczyk M., Maryniak J., 1997, Ogolny model dynamiki automatycznie sterowanego samolotu bezpilotowego „ĆMA”, Materiały IV Konferencji „Układy mechaniczne – teoria i zastosowania”, Łodź, 211-216
• 10. Gutowski R., 1971, Mechanika analityczna, PWN, Warszawa
• 11. Jordan T.L., Foster J.V., et al., 2006, AirSTAR, A UAV Platform for Flight Dynamics and Control System, NASA Langley Research Center, Report Number: AIAA Paper 2006-3307: 8
• 12. Koruba Z., Ładyżyńska-Kozdraś E., 2010 The dynamic model of combat target homing system of the unmanned aerial vehicle, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 48, 3, 551-566
• 13. Ładyżyńska-Kozdraś E., 2008, Analiza dynamiki przestrzennego ruchu rakiety sterowanej automatycznie, [In:] Mechanika w Lotnictwie ML-XIII 2008, J. Maryniak (Edit.), PTMTS, Warszawa
• 14. Ładyżyńska-Kozdraś E., 2009, The control laws having a form of kinematic relations between deviations in the automatic control of a flying object, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 47, 2, 363-381
• 15. Ładyżyńska-Kozdraś E., 2011, Modelowanie i symulacja numeryczna ruchomych obiektów mechanicznych skrępowanych więzami nieholonomicznymi w postaci praw sterowania, Prace naukowe: Mechanika, z. 237, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa
• 16. Maryniak J., 2005, Dynamika lotu, [In:] Mechanika techniczna, Tom II –Dynamika układów mechanicznych, J. Nizioł (Edit.), Komitet Mechaniki PAN, IPPT PAN, Warszawa, 363-472
• 17. Nejmark J.I., Fufajew N.A., 1971, Dynamika układów nieholonomicznych, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa
• 18. Ou Q., Chen X.C., Park D., Marburg A., Pinchin J., 2008, Integrated flight dynamics modelling for unmanned aerial vehicles, Proceedings of the Fourth IEEE/ASME International Conference on Mechatronic and Embedded Systems and Applications (MESA08), ISBN: 978-1-4244-2368-2,Beijing, China, 570-575
• 19. Rachman E., Razali R., 2011, A mathematical modeling for design and development of control laws for unmanned aerial vehicle (UAV), International Journal of Applied Science and Technology, 1, 4
• 20. Sadraey M., Colgren R., 2005, UAV flight simulation: credibility of linear decoupled vs. nonlinear coupled equations of motion, AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference and Exhibit, San Francisco, California
• 21. Shim D.H., Kim H.J., Sastry S., 2003, A flight control system for aerial robots: algorithms and experiments, IFAC Control Engineering Practice
• 22. Ye Z., Bhattacharya P., Mohamadia H., Majlesein H., Ye Y., 2006, Equational dynamic modeling and adaptive control of UAV, Proceedings of the 2006 IEEE/SMC International Conference on System of Systems Engineering, Los Angeles, CA, USA, 339-343