Дисертаційна робота присвячена розробці методів та програмного
забезпечення управління груповим польотом безпілотних літальних апаратів
(БПЛА). Важливо забезпечити групі автономних апаратів певну геометричну
організацію, де вони рухаються як єдине ціле. Цей підхід використовується для
виконання великої кількості практичних завдань. Наприклад, БПЛА літакового
типу мають високу швидкість та маневреність, що корисно для завдань, де важлива
тривалість та дальність польоту.
Для забезпечення такого управління необхідно впровадити методи, які
дозволяють апаратам діяти незалежно один від одного, уникаючи централізованого
керування. Такий підхід часто порівнюють з груповим управлінням, де кожен
апарат приймає власні рішення. Групове управління в контексті безпілотних літаків
розглядається, як організація групи апаратів з метою виконання складних завдань.
Метод векторних полів польоту по заданій траєкторії є одним із способів
досягнення такого групового управління, де апарати формують та підтримують
задані геометричні структури для спільного виконання завдань.
Метод управління групою автономних літаків, засновано на децентралізованій
архітектурі консенсусу та використанні неоднорідного векторного поля
проходження прямолінійного маршруту. Цей підхід спрямовано на створення
алгоритмів управління, що дозволяють літакам утримувати задане положення в
групі під час руху по прямолінійному горизонтальному маршруту. Він базується на
принципах консенсусу та використанні векторних полів проходження маршруту, що забезпечує гнучкість у виборі бажаної форми групи з урахуванням складної
динаміки БПЛА.
Децентралізована архітектура консенсусу дозволяє апаратам узгоджувати своє
положення за рахунок обміну інформацією, сприяючи точному слідуванню по
заданій траєкторії та збереженню відносних положень літаків в групі. Цей метод
має суттєве значення для застосування у сферах, де сумісне функціонування
безпілотних літаків у групі є ключовим: моніторинг земної поверхні, пошук та
рятування, виконання військових завдань. Ці методи гарантують асимптотичне
наближення відносних положень в групі до заданих, а також наближення
швидкості кожного літака до середньої крейсерської швидкості.
На основі запропонованих методів були досліджені та оцінені алгоритми
групового управління для системи безпілотних літаків за допомогою імітаційної
математичної моделі.
Проблема групового управління автономними об’єктами у реальних умовах на
сьогоднішній день є досить актуальною. Це обумовлено складністю управління,
динамічними змінами параметрів обстановки, обмеженнями на вхідні сигнали
управління в реальних системах «автопілот-БПЛА». Питанням групового
управління безпілотних літальних апаратів присвячено багато досліджень та
публікацій таких зарубіжних та українських вчених: A. Piccard, C. Ryan, C. Peebles,
G. Collins, A. Erickson, N. Baldock, M. R. Mokhtarzadeh-Dehghan, L. N. Craig, R.
Olfati-Saber, R.W. Beard, W. Ren, T.W. McLain, H. Yamaguchi, а також Л. Артюшин,
О. Кононов, О. Машков, Д. Кучеров, Т. Шевельова, П. Павленко, Д. Бондарєв, В.
Голембо, А. Бочкарьов, О. Мартинюк, В. Герасименко, О. Барабаш та інших.
Відповідно до загальноприйнятого визначення, під груповим управлінням
мається на увазі отримання заданої заздалегідь геометричної форми групою
автономних динамічних об’єктів. У процесі подальшого виконання завдання група
має підтримувати цю форму, діючи як тверде тіло. Групи БПЛА використовуються
у великій кількості практичних завдань. Тому проблеми групового управління
БПЛА отримують останнім часом велику увагу дослідників усього світу.
Результати досліджень свідчать про успіх запропонованих методів управління.
Алгоритми, розроблені на їх основі, продемонстрували здатність до стабільного утримання групи та точного слідування по заданим траєкторіям руху літаків за
різними сценаріями.
На підставі проведеного аналізу виявлено існування протиріччя на практиці:
між вимогами підвищення ефективності групового управління безпілотними ЛА,
що вимагає збільшення витрат на розробку математичного та програмного
забезпечення та вимогами зменшення витрат на виконання безпілотними
літальними апаратами різних завдань та місій; та протиріччя в теорії: між
необхідністю збереження конфігурації групи БПЛА на етапі групового польоту в
умовах дії зовнішніх та внутрішніх дестабілізуючих факторів та обмеженістю
можливостей існуючих методів щодо забезпечення стійкості групи автономних
БПЛА при децентралізованому управлінні.
