Разработка системы автоматического управления движением БПЛА с учетом шахтных условий

Ведение подземных горных работ сопряжено со значительными рисками техногенных аварий, которые могут носить катастрофический характер. Снижение последствий таких явлений напрямую зависит от достоверности и оперативности информации о состоянии параметров многих технологических процессов, горных выработок и объектов, в них расположенных. При выходе из строя штатных систем производственной телеметрии в условиях подземных горных работ создание новых информационных каналов и мест измерения информации становится практически невозможным при аварийном развитии ситуации, что предопределяет необходимость использования принципиально новых систем сбора и передачи информации, основанных на роботизированных автономных комплексах. Задача получения достоверной информации об обстановке в аварийной горной выработке с помощью беспилотных летательных аппаратов с целью принятия рациональных решений при ведении спасательной операции является актуальной. Целью статьи является разработка системы автоматического управления движением беспилотного летательного аппарата (БПЛА) в условиях ограниченного пространства горной выработки, при значительных возмущениях шахтного воздушного потока. Обоснована математическая модель движения БПЛА в шахтных условиях, основанная на углах Эйлера или кватернионах. Основным методом, позволяющим определять текущее положение летательного аппарата, принимается метод позиционирования с использованием радиомаяков путем триангуляции. Задачу синтеза системы автоматического управления движением беспилотного летательного аппарата предлагается решать с использованием иерархической многоконтурной системы управления. Алгоритм планирования маршрута сформирован на основе алгоритма Дейкстры. Для этой цели выполняется дискретизация пространства будущего движения, строится помеченный связный граф, на котором весами дуг являются расстояния между точками маршрута. Реализован модельный эксперимент. Среднее отклонение от запланированной траектории при полете на скорости 10 м/с при массе полезной нагрузки до 0,6 кг не превышает 1 м, а максимальное отклонение – недопустимо большое. При полете на скорости 6 м/с при массе полезной нагрузки до 0,6 кг среднее отклонение не превышает 0,3 м, а максимальное отклонение – 1,2 м. Результаты моделирования движения по маршруту навстречу возмущающему шахтному воздушному потоку показали, что система управления позволяет БПЛА с полезной нагрузкой 0,6 кг выдерживать встречный поток до 8 м/с. Получено, что при массе полезной нагрузки 0,6 кг тормозной путь не превышает 6 м, если летательный аппарат имел скорость 6 м/с, и тормозной путь не более 12 м при скорости движения 10 м/с. Проведенные модельные исследования подтверждают работоспособность разработанной системы автоматического управления движением.