Academic Journal
Динамическое дифференцирование и сглаживание зашумленных сигналов, задающих траекторию беспилотного летательного аппарата
| Title: | Динамическое дифференцирование и сглаживание зашумленных сигналов, задающих траекторию беспилотного летательного аппарата |
|---|---|
| Publisher Information: | Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН, 2024. |
| Publication Year: | 2024 |
| Subject Terms: | sigmoid function, сглаживание траектории, tracking differentiator, 4. Education, проектные ограничения, сигма-функция, design constraints, signal filtering and differentiation, следящий дифференциатор, фильтрация и дифференцирование сигнала, realizable trajectories, trajectory planning |
| Description: | На примере беспилотного летательного аппарата самолетного типа рассматривается проблема создания единого комплексного подхода к фильтрации и сглаживанию опорных траекторий, представляющих собой сигнальные задающие воздействия, и к восстановлению их производных. Для решения данной проблемы разработаны методы построения и алгоритмы настройки динамического генератора допустимых траекторий. Система дифференциальных уравнений, которой описывается генератор заданий, соответствует канонической модели объекта управления «вход – выход». Выходные переменные генератора отслеживают опорный зашумленный и негладкий векторный сигнал задающих воздействий. Таким образом, генератор представляет собой следящий дифференциатор. Для синтеза его локальных связей и корректирующих воздействий применяются гладкие и ограниченные сигмоидальные функции с ограниченными производными. Такой подход позволяет учитывать ограничения на скорость и ускорение конкретного летательного аппарата, поэтому выходные переменные следящего дифференциатора порождают сглаженную естественным образом пространственную кривую и ее производные, которые используются в системе управления объектом в качестве реализуемой эталонной траектории. Результаты численного моделирования продемонстрировали эффективность разработанного подхода к динамическому дифференцированию и сглаживанию векторных сигналов как в детерминированном случае, так и в присутствии шума. Проведен сравнительный анализ динамических генераторов с различными вариантами установки дополнительных фильтров нижних частот. Применение предложенного подхода возможно для обработки задающих воздействий различных объектов управления, динамическая модель которых приводима к каноническому виду. The problem of developing a complex approach to filtering and smoothing of reference trajectories, which are signal reference actions, and to recovery of their derivatives is considered on the example of an unmanned aircraft of the airplane type. To solve this problem, methods of design and algorithms for setting up a dynamic generator of acceptable trajectories are developed. The system of differential equations, which describes the generator of tasks, corresponds to the canonical model of the control plant "input - output". The output variables of the generator track the reference noisy and non-smooth vector signal of the reference actions. Thus, the generator is a tracking differentiator. To design its local links and corrective actions, smooth and bounded sigmoidal functions with bounded derivatives are used. This approach allows considering the restrictions on the speed and acceleration of a particular aircraft, so the output variables of the tracking differentiator generate a naturally smoothed spatial curve and its derivatives, which are used in the plant control system as a realizable reference trajectory. Numerical simulation results demonstrated the efficiency of the developed approach to dynamic differentiation and smoothing of vector signals both in the deterministic case and in the presence of noise. A comparative analysis of dynamic generators with different variants of additional low-pass filters is performed. The application of the developed approach is possible for processing the reference actions of various control plants, it is only necessary that their dynamic model be reduced to the canonical form. Управление большими системами: сборник трудов, Выпуск 107 2024, Pages 142-161 |
| Document Type: | Article |
| Language: | Russian |
| DOI: | 10.25728/ubs.2024.107.8 |
| Accession Number: | edsair.doi...........71b9ba8d239e1aea758f8a770dede05a |
| Database: | OpenAIRE |
| FullText | Text: Availability: 0 |
|---|---|
| Header | DbId: edsair DbLabel: OpenAIRE An: edsair.doi...........71b9ba8d239e1aea758f8a770dede05a RelevancyScore: 914 AccessLevel: 3 PubType: Academic Journal PubTypeId: academicJournal PreciseRelevancyScore: 914.415405273438 |
| IllustrationInfo | |
| Items | – Name: Title Label: Title Group: Ti Data: Динамическое дифференцирование и сглаживание зашумленных сигналов, задающих траекторию беспилотного летательного аппарата – Name: Publisher Label: Publisher Information Group: PubInfo Data: Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН, 2024. – Name: DatePubCY Label: Publication Year Group: Date Data: 2024 – Name: Subject Label: Subject Terms Group: Su Data: <searchLink fieldCode="DE" term="%22sigmoid+function%22">sigmoid function</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22сглаживание+траектории%22">сглаживание траектории</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22tracking+differentiator%22">tracking differentiator</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%224%2E+Education%22">4. Education</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22проектные+ограничения%22">проектные ограничения</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22сигма-функция%22">сигма-функция</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22design+constraints%22">design constraints</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22signal+filtering+and+differentiation%22">signal filtering and differentiation</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22следящий+дифференциатор%22">следящий дифференциатор</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22фильтрация+и+дифференцирование+сигнала%22">фильтрация и дифференцирование сигнала</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22realizable+trajectories%22">realizable trajectories</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22trajectory+planning%22">trajectory planning</searchLink> – Name: Abstract Label: Description Group: Ab Data: На примере беспилотного летательного аппарата самолетного типа рассматривается проблема создания единого комплексного подхода к фильтрации и сглаживанию опорных траекторий, представляющих собой сигнальные задающие воздействия, и к восстановлению их производных. Для решения данной проблемы разработаны методы построения и алгоритмы настройки динамического генератора допустимых траекторий. Система дифференциальных уравнений, которой описывается генератор заданий, соответствует канонической модели объекта управления «вход – выход». Выходные переменные генератора отслеживают опорный зашумленный и негладкий векторный сигнал задающих воздействий. Таким образом, генератор представляет собой следящий дифференциатор. Для синтеза его локальных связей и корректирующих воздействий применяются гладкие и ограниченные сигмоидальные функции с ограниченными производными. Такой подход позволяет учитывать ограничения на скорость и ускорение конкретного летательного аппарата, поэтому выходные переменные следящего дифференциатора порождают сглаженную естественным образом пространственную кривую и ее производные, которые используются в системе управления объектом в качестве реализуемой эталонной траектории. Результаты численного моделирования продемонстрировали эффективность разработанного подхода к динамическому дифференцированию и сглаживанию векторных сигналов как в детерминированном случае, так и в присутствии шума. Проведен сравнительный анализ динамических генераторов с различными вариантами установки дополнительных фильтров нижних частот. Применение предложенного подхода возможно для обработки задающих воздействий различных объектов управления, динамическая модель которых приводима к каноническому виду.<br />The problem of developing a complex approach to filtering and smoothing of reference trajectories, which are signal reference actions, and to recovery of their derivatives is considered on the example of an unmanned aircraft of the airplane type. To solve this problem, methods of design and algorithms for setting up a dynamic generator of acceptable trajectories are developed. The system of differential equations, which describes the generator of tasks, corresponds to the canonical model of the control plant "input - output". The output variables of the generator track the reference noisy and non-smooth vector signal of the reference actions. Thus, the generator is a tracking differentiator. To design its local links and corrective actions, smooth and bounded sigmoidal functions with bounded derivatives are used. This approach allows considering the restrictions on the speed and acceleration of a particular aircraft, so the output variables of the tracking differentiator generate a naturally smoothed spatial curve and its derivatives, which are used in the plant control system as a realizable reference trajectory. Numerical simulation results demonstrated the efficiency of the developed approach to dynamic differentiation and smoothing of vector signals both in the deterministic case and in the presence of noise. A comparative analysis of dynamic generators with different variants of additional low-pass filters is performed. The application of the developed approach is possible for processing the reference actions of various control plants, it is only necessary that their dynamic model be reduced to the canonical form.<br />Управление большими системами: сборник трудов, Выпуск 107 2024, Pages 142-161 – Name: TypeDocument Label: Document Type Group: TypDoc Data: Article – Name: Language Label: Language Group: Lang Data: Russian – Name: DOI Label: DOI Group: ID Data: 10.25728/ubs.2024.107.8 – Name: AN Label: Accession Number Group: ID Data: edsair.doi...........71b9ba8d239e1aea758f8a770dede05a |
| PLink | https://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsair&AN=edsair.doi...........71b9ba8d239e1aea758f8a770dede05a |
| RecordInfo | BibRecord: BibEntity: Identifiers: – Type: doi Value: 10.25728/ubs.2024.107.8 Languages: – Text: Russian Subjects: – SubjectFull: sigmoid function Type: general – SubjectFull: сглаживание траектории Type: general – SubjectFull: tracking differentiator Type: general – SubjectFull: 4. Education Type: general – SubjectFull: проектные ограничения Type: general – SubjectFull: сигма-функция Type: general – SubjectFull: design constraints Type: general – SubjectFull: signal filtering and differentiation Type: general – SubjectFull: следящий дифференциатор Type: general – SubjectFull: фильтрация и дифференцирование сигнала Type: general – SubjectFull: realizable trajectories Type: general – SubjectFull: trajectory planning Type: general Titles: – TitleFull: Динамическое дифференцирование и сглаживание зашумленных сигналов, задающих траекторию беспилотного летательного аппарата Type: main BibRelationships: IsPartOfRelationships: – BibEntity: Dates: – D: 01 M: 01 Type: published Y: 2024 Identifiers: – Type: issn-locals Value: edsair |
| ResultId | 1 |