<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">vestift</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1561-8358</issn><issn pub-type="epub">2524-244X</issn><publisher><publisher-name>The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.29235/1561-8358-2018-63-3-368-380</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">vestift-397</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>РАДИОЭЛЕКТРОНИКА И ПРИБОРОСТРОЕНИЕ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>RADIOELECTRONICS AND INSTRUMENT-MAKING</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Компьютерное моделирование контура управления беспилотного авиационного комплекса для обеспечения устойчивости и управляемости</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Computer simulation of control contour of unmanned aviation complex to provide robustness and controllability</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Яцына</surname><given-names>Ю. Ф.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Yatsyna</surname><given-names>Y. F.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Яцына Юрий Францевич – кандидат технических наук, директор.</p><p>Ул. Купревича, 10/7, 220141, Минск</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Yury F. Yatsyna – Ph. D. (Engineering), Director.</p><p>10/7, Kuprevich Str., 220141, Minsk</p></bio><email xlink:type="simple">yanvad003@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Гриднев</surname><given-names>Ю. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Gridnev</surname><given-names>Y. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Гриднев Юрий Васильевич – кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник отдела системного проектирования и математического моделирования.</p><p>Ул. Купревича, 10/7, 220141, Минск</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Yury V. Gridnev – Ph. D. (Engineering), Leading Re searcher of the Department of Systems Engineering and Ma thematical Modelling.</p></bio><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Научно-практический центр многофункциональных беспилотных комплексов, Национальная академия наук Беларуси</institution></aff><aff xml:lang="en"><institution>Scientific and Production Centre of Multifunctional Unmanned Systems  of the National Academy of Sciences of Belarus</institution></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2018</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>01</day><month>11</month><year>2018</year></pub-date><volume>63</volume><issue>3</issue><fpage>368</fpage><lpage>380</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Яцына Ю.Ф., Гриднев Ю.В., 2018</copyright-statement><copyright-year>2018</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Яцына Ю.Ф., Гриднев Ю.В.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Yatsyna Y.F., Gridnev Y.V.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/397">https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/397</self-uri><abstract><p>Рассмотрен подход к решению проблемы устойчивости и управляемости беспилотного летательного аппарата (БЛА) с неизвестными аэродинамическими характеристиками путем компьютерного моделирования полета БЛА по заданному маршруту в реальной стандартной атмосфере. При разработке требуемой компьютерной модели учитывался опыт реальных полетов различных бесплотных летательных аппаратов в реальной атмосфере по заданной траектории с поворотными пунктами маршрута. Для этого в модель введены пять систем автоматического управления с автопилотом, которые обеспечивают устойчивость и управляемость полета БЛА. В состав систем управления кроме автопилота и планера БЛА включены фильтр Калмана и бесплатформенная инерциальная навигационная система. Выбор оптимальной структуры и параметров систем управления модели определялся реальными техническими решениями разрабатываемых БЛА. Созданные замкнутые контуры систем управления модели основываются на уравнениях с учетом формирования аэродинамических сил и моментов, модели стандартной атмосферы, схемы формирования маршрута и системы автоматического управления с автопилотом. Анализ устойчивости и управляемости такой модели проводился на основе теории систем автоматического управления с графическим построением логарифмической амплитудно-частотной характеристики (ЛАХ) и фазово-частотной характеристики (ФЧХ). Для оценки динамических и флуктационных ошибок систем управления модель представлена в виде стохастической дифференциальной системы управления с фильтром Калмана и бесплатформенной инерциальной навигационной системой в кватернионах. Анализ результатов компьютерного моделирования показал, что фильтр Калмана производит оценку измеряемых параметров с подавлением шумов до 10 дБ. Бесплатформенная инерциальная навигационная система влияет на общую динамику системы управления при ее оценке устойчивости и управляемости. Изменение полосы системы управления за счет внешних возмущений на БЛА может привести к потере устойчивости, для сохранения которой желательно использовать робастный автопилот.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The article describes an approach to ensuring stability and controllability of unmanned aerial vehicle (UAV) with unknown aerodynamic characteristics by computer simulation of the airplane flight along a given route in the meteorological standard atmosphere. This computer model takes into account the programmed flight of an unmanned aerial vehicle in the meteorological atmosphere along a given route with waypoints. For this purpose the model incorporates 5 feedback systems (FS) with autopilot (AP) that ensure the stability and controllability of an airplane. Besides the autopilot and the airplane glider the control system encompasses the Kalman filter and a strapdown inertial navigation system. The appropriate structure and parameters of the control system of the model were chosen on the basis of practical technical solutions of the de veloped UAVs. The closed control systems of the model are developed according to the equations considering generation of aerodynamic forces and moments, a model of the standard atmosphere, the routing scheme and the feedback system with autopilot. The stability and controllability of  the model were analyzed according to  the theory of feedback systems with the graphic plotting of Bode magnitude plot and Bode phase plot. With a view to the assessment of dynamic and fluctuation errors of the control systems the model is represented by stochastic differential control system with the Kalman filter and the strapdown inertial navigation system in quaternions. The results of the computer simulation showed that the Kalman filter estimates the measured parameters with the noise reduction under 10 dB. The strapdown inertial navigation system influences the general dynamics of the control system during the assessment of its stability and controllability. Changing the band of the control system at the expense of external perturbations affecting the plane can lead to instability, and in order to avoid it the robust autopilot is recommended.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>устойчивость и управляемость БЛА</kwd><kwd>фильтр Калмана</kwd><kwd>бесплатформенная инерционная навигационная система</kwd><kwd>САУ АП</kwd><kwd>ошибки управления БЛА</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>stability and controllability of an airplane</kwd><kwd>the Kalman filter</kwd><kwd>strapdown inertial navigation system</kwd><kwd>FS with AP</kwd><kwd>errors in airplane control</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Микросистемы ориентации беспилотных летательных аппаратов / под ред. В. Я. Распопова. – М.: Машиностроение, 2011. – 184 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Raspopov V. Ya. (ed.). Microsystems of unmanned aerial vehicles orientation. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2011. 184 p. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Гуськов, Ю. П. Управление полетом самолетов: учеб. для авиационных вузов / Ю. П. Гуськов, Г. И. Зачайнов. – М.: Машиностроение, 1980. – 213 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Guskov Yu. P., Zachainov G. I. Airplane control. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1980. 213 p. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Козлов, В. И. Системы автоматического управления летательными аппаратами / В. И. Козлов. – М.: Машиностроение, 1979. – 216 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kozlov V. I. The systems of flying vehicles automatic control. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1979. 216 p. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Матвеев, В. В. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем / В. В. Матвеев, В. Я. Распопов; под ред. В. Я. Распопова. – СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2009. – 280 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Matveyev V. V., Raspopov V. Ya. The fundamentals of constructing strapdown inertial navigation systems. Saint Petersburg, State Research Center of the Russian Federation Concern CSRI Elektropribor, JSC, 2009. 280 p. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kalman, R. E. A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems / R. E. Kalman // J. of Basic Engineering. – 1960. – Vol. 82, iss. 1. – P. 35–45. – https://doi.org/10.1115/1.3662552</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kalman R. E. A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems. Journal of Basic Engineering. 1960, vol. 82, iss. 1, pp. 35–45. https://doi.org/10.1115/1.3662552</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
