ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ПОДХОД К МОДЕЛИРОВАНИЮ НЕЛИНЕЙНОЙ ДИНАМИКИ И LQR-СИНТЕЗУ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ САМОЛЕТНОГО ТИПА
Ключевые слова:
беспилотный летательный аппарат, динамическое моделирование, автоматическое управление, линейно-квадратичный регулятор, пространство состояний, устойчивость полетаАннотация
В статье представлена научно обоснованная методика моделирования динамики и синтеза системы автоматического управления беспилотным летательным аппаратом самолетного типа. Рассматриваемая задача связана с обеспечением устойчивости углового движения и улучшением переходного процесса при наличии взаимосвязанных продольных и боковых каналов. Динамическая модель построена на основе уравнений Ньютона-Эйлера, преобразований между земной и связанной системами координат, а также учета гравитационных, тяговых и аэродинамических сил и моментов. Нелинейная модель линеаризована в окрестности установившегося режима полета и приведена к пространству состояний, что позволило выполнить синтез линейно-квадратичного регулятора (LQR). Численная реализация выполнена в среде MATLAB/Simulink для начальных возмущений углов крена, тангажа и рыскания. Полученные результаты показывают устойчивое затухание переходных процессов, отсутствие незатухающих колебаний, малое перерегулирование и время установления менее 5 секунд для рассматриваемых возмущений. Научная новизна работы заключается в единой связке физически согласованной нелинейной 6-степенной модели, процедуры линеаризации и оптимального LQR-синтеза в рамках воспроизводимого имитационного контура проектирования.
Библиографические ссылки
V. V. An, T. L. Mien, N. V. Binh, “A comprehensive survey of UAV control algorithms: Integrating classical methods with artificial intelligence for enhanced trajectory tracking,” AIMS Electronics and Electrical Engineering, vol. 10, no. 1, pp. 26–53, 2026, https://doi.org/10.3934/electreng.2026002.
M. A. Tahir, I. Mir and T. U. Islam, "A Review of UAV Platforms for Autonomous Applications: Comprehensive Analysis and Future Directions," in IEEE Access, vol. 11, pp. 52540-52554, 2023, doi: 10.1109/ACCESS.2023.3273780.
F. Liu, X. Zhang, H. Li, "Dynamic modeling, flight control design, and simulation of a ring-wing tail-sitter UAV," Aerospace Science and Technology, vol. 152, pp. 1-12, 2025, https://doi.org/10.1016/j.ast.2025.111234.
Haus T., Orsag M., Bogdan S., “Mathematical modelling and control of an unmanned aerial vehicle with moving mass control concept,” Journal of Intelligent & Robotic Systems, vol. 88, no. 1, pp. 1–28, 2017, https://doi.org/10.1007/s10846-017-0545-2.
Ormanov A., Dyusekeev K., Shidlovskiy S., “Study of FLC, PID, and LQR control methods for precise drone landing in wind conditions,” Material and Mechanical Engineering Technology, no. 3, pp. 111–118, 2025, DOI:10.52209/2706-977x_2025_3_111.
B. Jiang, H. Yang, L. Zhao, "Hybrid aerodynamics-based model predictive control for UAV systems," IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, vol. 29, no. 4, pp. 1-12, 2024, https://doi.org/10.48550/arXiv.2312.14453.
Nkemdirim C. M., Alzayed M., Chaoui H., “Linear quadratic Gaussian control of a 6-DOF aircraft landing gear,” Energies, vol. 16, no. 19, p. 6902, 2023, https://doi.org/10.3390/en16196902.
Shao K., Xia W., Zhu Y., Sun C., Liu Y., “Research on UAV trajectory tracking control system based on feedback linearization control–fractional order model predictive control,” Processes, vol. 13, no. 3, p. 801, 2025, https://doi.org/10.3390/pr13030801.
A. Bektilevov, L. Kurmangalieva, Z. Issabekov, M. Zhamuratova, V. Baiturganova, and P. Rakhmetova, "Mathematical modeling of a mobile robot's motion control system based on LQR," in 2024 5th International Conference on Communications, Information, Electronic and Energy Systems (CIEES), Veliko Tarnovo, Bulgaria, 2024, pp. 1-8, doi: 10.1109/CIEES62939.2024.10811416.
K. Pan, Y. Lyu, F. Yang, Z. Tan, Q. Pan, “Attack detection and security control for UAVs against attacks on desired trajectory,” Journal of Intelligent & Robotic Systems, vol. 110, pp. 1–15, 2024, https://doi.org/10.1007/s10846-024-02086-3.
B. S. Guevara, J. Varela-Aldás, D. C. Gandolfo, J. M. Toibero, “SINDy and PD-based UAV dynamics identification for MPC,” Drones, vol. 9, no. 1, p. 71, 2025, https://doi.org/10.3390/drones9010071.
W. Zhou, L. Zhou, T. Yuan, et al., "Robust performance optimization of UAV dynamic systems using MPC-PID hybrid control," Scientific Reports, vol. 16, article 2585, 2026, https://doi.org/10.1038/s41598-025-32436-6.
M. Shao, X. Liu, W. Cui, C. Sun, H. Yuan, “Intelligent control framework for unmanned aerial vehicle autonomous docking based on linear active disturbance rejection control and improved particle swarm optimization,” Engineering Applications of Artificial Intelligence, vol. 169, article 114070, 2026, https://doi.org/10.1016/j.engappai.2026.114070.
Y. Sun, D. Huang, Z. Shi, Y. Zhong, “Robust adaptive trajectory tracking control for fixed-wing unmanned aerial vehicles,” Aerospace, vol. 12, no. 11, article 980, 2025, https://doi.org/10.3390/aerospace12110980.
C. E. D. Riboldi and M. Tomasoni, "Formation flight of fixed-wing UAVs: dynamic modeling, guidance design, and testing in realistic scenarios," Aerospace, vol. 12, no. 3, article 260, 2025, https://doi.org/10.3390/aerospace12030260.
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Категории
Лицензия
Copyright (c) 2026 Лаззат Курмангалиева , Гульмира Бердибаева , Перизат Рахметова
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
