Drony w szyku: nowy sposób sterowania ma dać płynniejszy lot
Nowa metoda sterowania grupą dronów ma sprawić, że loty w szyku będą płynniejsze, a statki powietrzne zużyją mniej energii i będą się mniej zużywać mechanicznie. Opisano ją w czasopiśmie „International Journal of Systems, Control and Communications”. Rozwiązanie łączy logikę rozmytą z regulatorem, który sam dostosowuje swoje ustawienia.
Dlaczego lot w szyku jest trudny
Gdy kilka dronów leci razem, każdy z nich musi utrzymać swoje miejsce względem pozostałych. Zakłócenia, na przykład podmuch wiatru, wpływają na jeden aparat, a przez wzajemne oddziaływania odbijają się na całej grupie. Sterowanie musi więc stale korygować położenie maszyn, a gwałtowne korekty są kosztowne: obciążają napędy i elementy wykonawcze oraz zwiększają zużycie energii.
Wirtualne sprężyny i tłumiki
Autor pracy, Yijin Cheng, zbudował model, w którym drony łączą się ze sobą wirtualnymi sprężynami i tłumikami. To elementy czysto matematyczne. Odwzorowują siły, które ciągną każdy aparat do przypisanego mu miejsca w szyku. Dzięki temu model pokazuje, jak formacja się odkształca pod wpływem różnych zakłóceń i jak samodzielnie wraca do właściwego układu.
Do sterowania użyto regulatora PID, jednego z najpopularniejszych w automatyce. Reaguje on na trzy rzeczy:
- bieżący błąd, czyli aktualne odchylenie od zadanej pozycji,
- błędy skumulowane z przeszłości,
- tempo zmian błędu, czyli to, jak szybko odchylenie rośnie lub maleje.
Nowością jest to, że parametry regulatora nie są stałe. Dobiera je logika rozmyta, czyli zestaw reguł działających podobnie do rozumowania „jeśli odchylenie jest duże, reaguj mocniej”. Przy dużych odchyleniach system koryguje więc zdecydowanie, a gdy formacja się stabilizuje, ogranicza się do delikatnych poprawek.
Co pokazały testy
Według opisu badań metoda sprawiła, że korekty lotu stały się płynniejsze, a w poleceniach sterujących pojawiało się mniej gwałtownych zmian. Autorzy łączą to z mniejszym zużyciem elementów wykonawczych i niższym zapotrzebowaniem na energię. Jako możliwe zastosowania wymieniono rozpoznanie i obserwację.
Co to oznacza w praktyce
To praca badawcza dotycząca algorytmu sterowania, a nie gotowy produkt. W opisie nie ma informacji o wdrożeniu komercyjnym ani o konkretnych urządzeniach, które miałyby z niego skorzystać. Płynniejsze sterowanie to jednak cecha, na której zależy każdemu, kto korzysta z więcej niż jednego drona naraz, bo mniejsze zużycie energii może oznaczać dłuższy czas pracy na jednym ładowaniu.
Dla polskiego czytelnika to na razie ciekawostka technologiczna. Loty dronów w Polsce i całej UE podlegają wspólnym unijnym przepisom, a nowy algorytm sam w sobie niczego w nich nie zmienia. Pokazuje natomiast, w jakim kierunku rozwija się koordynacja wielu bezzałogowców. Ten sam rodzaj sterowania mógłby w przyszłości interesować także inne zastosowania grupowych lotów, ale to już wniosek ogólny, a nie wynik opisanych badań.
Źródło: Tech Xplore – „Self-adjusting drone controls could make for smoother formation flying”