Алгоритм оценки характеристик элементов системы управления беспилотных летательных аппаратов ГрАНТ

Актуальность исследования обусловлена ростом требований к точности и отказоустойчивости систем автоматического управления малоразмерных беспилотных летательных аппаратов с двигателями внутреннего сгорания, особенно в контексте реализации Стратегии развития беспилотной авиации Российской Федерации до 2035 г. В условиях интенсивных вибрационных нагрузок, в первую очередь, низкочастотных крутильных колебаний, происходят деградация точности микроэлектромеханических инерциальных датчиков, виброиндуцированный дрейф гироскопов и нарушения стабильности бортовой сети, что напрямую снижает надежность систем автоматического управления и ограничивает применение беспилотных летательных аппаратов в высокоточных задачах. В связи с этим, данная статья направлена на разработку и экспериментальную верификацию алгоритма объективной количественной оценки характеристик элементов системы управления беспилотных летательных аппаратов ГрАНТ, обеспечивающего мониторинг ключевых параметров работы малогабаритной гировертикали МГВ-4В и платы автопилота в условиях эксплуатационных вибраций, что необходимо для объективной оценки эффективности средств виброзащиты и повышения надежности системы управления. В работе приведен сравнительный анализ характеристик системы до и после внедрения устройства снижения вибраций, предназначенного для подавления крутильных колебаний в диапазоне, наиболее критичном для микроэлектромеханических датчиков. Методология исследования включала проведение цикла летных испытаний на беспилотных летательных аппаратах ГрАНТ-М с использованием специализированной методики проверки блоков обработки сигналов гировертикали, фиксирующей показания крена, тангажа, времени инициализации, а также состояния бортовой сети. Полученные результаты демонстрируют, что разработанный алгоритм позволяет выявить существенное снижение уровня «шума» в данных угловой ориентации и повышение стабильности работы системы электропитания после установки виброзащитного устройства. Практическая значимость исследования заключается в предоставлении разработчикам беспилотных летательных аппаратов апробированного инструмента для оценки и повышения точности систем управления, работающих в условиях сильных вибрационных нагрузок.

1. Воронов А.В., Карасева Т.В. Анализ возникновения вибрации в летательных аппаратах с целью внедрения технологий и систем для ее исследования. Universum: технические науки. 2023;(1). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14874

2. Fang X., Dong L., Zhao W.-Sh., et al. Vibration-Induced Errors in MEMS Tuning Fork Gyroscopes with Imbalance. Sensors. 2018;18(6). https://doi.org/10.3390/s18061755

3. Gök K., Karagoz G., Gök A. Vibration Damper Design and Additive Manufacturing for Unmanned Aerial Vehicles. Journal of Mechanical Materials and Mechanics Research. 2023;6(2):23–30. https://doi.org/10.30564/jmmmr.v6i2.5711

4. Kang Ch.-H., Park H.-S., Seo S.-W., Kwag D.-G. Design and Experiment of a Passive Vibration Isolator for Small Unmanned Aerial Vehicles. Applied Sciences. 2024;14(10). https://doi.org/10.3390/app14104113

5. Beltran-Carbajal F., Yañez-Badillo H., Tapia-Olvera R., Favela-Contreras A., Valderrabano-Gonzalez A., Lopez-Garcia I. On Active Vibration Absorption in Motion Control of a Quadrotor UAV. Mathematics. 2022;10(2). https://doi.org/10.3390/math10020235

6. Wang X., Zhang X., Gong H., Jiang J., Rai H.M. A flight control method for unmanned aerial vehicles based on vibration suppression. IET Collaborative Intelligent Manufacturing. 2021;3(3):252–261. https://doi.org/10.1049/cim2.12027

7. Al-Mashhadani M.A. Optimal control and state estimation for unmanned aerial vehicle under random vibration and uncertainty. Measurement and Control. 2019;52(9-10):1264–1271. https://doi.org/10.1177/0020294019866860

8. Guan H., Wong K.C. Spring-Damped Underactuated Swashplateless Rotor on a Bicopter Unmanned Aerial Vehicle. Machines. 2024;12(5). https://doi.org/10.3390/machines12050296

9. Kim I.-H., Jung H.-J., Yoon S., Park J.W. Dynamic Response Measurement and Cable Tension Estimation Using an Unmanned Aerial Vehicle. Remote Sensing. 2023;15(16). https://doi.org/10.3390/rs15164000

10. Huang H., Wei W., Xu N., Yu B., Zhu D., Wang M. Study on the vibration characteristics of wheeled unmanned aerial vehicles. In: Journal of Physics: Conference Series: Volume 3120: 2025 International Conference on Aerospace, Information Technology and Control Engineering (AITCE 2025), 11–13 July 2025, Tianjin, China. IOP Publishing Ltd; 2025. https://doi.org/10.1088/1742-6596/3120/1/012021