DOI
10.34229/KCA2522-9664.26.1.16
УДК 53.088.3+53.088.7
Ю.К. ТАРАНЕНКО
Приватне підприємство «Лікопак», Дніпро, Україна,
tatanen@ukr.net
О.Ю. ОЛІЙНИК
Дніпровський фаховий коледж радіоелектроніки, Дніпро, Україна,
oleinik_o@ukr.net
В.В. ЛОПАТІН
Інститут геотехнічної механіки ім. Н.С. Полякова НАН України, Дніпро, Україна,
vlop@ukr.net
ВИКОРИСТАННЯ LQR-КОНТРОЛЕРА ДЛЯ ОПТИМІЗАЦІЇ
СИСТЕМ КЕРУВАННЯ БПЛА
Анотація. Розглянуто наявні методи оптимізації керування безпілотними літальними апаратами (БпЛА), яка потребує розроблення складніших алгоритмів керування для підвищення продуктивності гвинтокрилих БпЛА. Засобами мови програмування Python у просторі станів проведено динамічну оптимізацію системи керування БпЛА. Використано інтегральні критерії мінімуму витрати енергії на керування та максимальної швидкодії, які задано відповідними фунціоналами. З використанням Python, а саме розширеної бібліотеки scipy за допомогою матричних операцій розв’язано рівняння Ріккаті та отримано власні значення замкнутої системи керування. Наявними засобами scipy синтезовано основну функцію lqr(A,B,Q,R) контролера. Проведено розширене дослідження, що підтвердило працездатність розробленої функції.
Ключові слова: БпЛА, критерії якості, модульний, симетричний та компромісний оптимуми, простір станів, квадратичні форми, LQR-контролер.
повний текст
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
- 1. Yazdani D., Cheng R., Yazdani D. et al. A survey of evolutionary continuous dynamic optimization over two decades. Part B. IEEE Transactions on Evolutionary Computation. 2021. Vol. 25, N 4. P. 630–650.
- 2. Teo K.L., Li B., Yu C., Rehbock V. Applied and computational optimal control. A Control parametrization approach. Springer Cham, 2021. XV, 574. https://doi.org/10.1007/978-3-030-69913-0.
- 3. Gargiani M., Martinelli A., Martinez M.R., Lygeros J. Parallel and flexible dynamic programming via the mini-batch bellman operator. IEEE Transactions on Automatic Control. 2023. Vol. 69, N 1. P. 455–462. https://doi.org/10.3929/ethz-b-000616836.
- 4. Manaa Z.M., Abdallah A.M., Abido M.A., Azhar Ali S.S. Koopman-LQR Controller for Quadrotor UAVs from Data. IEEE International Conference on Smart Mobility (SM). (16–18 September, 2024, Niagara Falls, ON, Canada). 2024. P. 153–158. https://doi.org/10.1109/SM63044.2024.10733422.
- 5. Khosravi M., Azarinfar H., Sabzevari К. Design of infinite horizon LQR controller for discrete delay systems in satellite orbit control: A predictive controller and reduction method approach. Heliyon. 2024. Vol. 10, N 2. Article number e24265. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e24265.
- 6. Chacko S.J., Kumar R., Abraham R.J. LQR controller performance via particle swarm optimization and neural networks. Optimal Control Applications and Methods. 2024. Vol. 45, N 6. P. 2748–2761. https://doi.org/10.1002/oca.3183.
- 7. Fujimori T. FRIDAY: Real-time Learning DNN-based Stable LQR controller for Nonlinear Systems under Uncertain Disturbances. arXiv preprint arXiv:2412.01103. 2024. https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.01103.
- 8. Sahoo S.R., Manivannan P.V. Hybrid high-level controller (H2LC) using LQR and MRAC for enhanced quadcopter trajectory tracking performance. Journal of Control and Decision. 2025. P. 1–22. https://doi.org/10.1080/23307706.2025.2469887.
- 9. Fernandes G., Conceicao A.G., De Arajo H.X. Control of an underactuated quadrotor using LQR and visual markers. IEEE International Conference on Autonomous Robot Systems and Competitions (ICARSC). IEEE. 2025. P. 58–63. https://doi.org/10.1109/ICARSC65809.2025.10970126.
- 10. Oliynyk O., Taranenko Y., Losikhin D., Shvachka A. Examining the Kalman filter in the field of noise and interference with the non-Gaussian distribution. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. Vol. 4, N 4(94). P. 36–42. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.140649.
- 11. Khan A.A., Kurokawa S., Do Т.D, Ali Md H. Development of an LQR-based control algorithm for quadcopter. IEEE 12th Conference on Systems, Process & Control (ICSPC). (7 Dec. 2024, Malacca, Malaysia). 2024. P. 142–147. https://doi.org/10.1109/ICSPC63060.2024.10862615.
- 12. Скороход О.М., Горяшин A.C. Використання можливостей мови Python для роботи з великими об’ємами даних. Прикладні інформаційні технології. 2023. P. 238–239.
- 13. Дорошенко А.Ю, Погорілий С.Д., Дорогий Я.Ю., Глушко Є.В. Програмування числових методів мовою Python. (Анісімов А.В. (ред.)). Київ: Видавничо-поліграфічний центр «Київський університет», 2013. 463 с.
