Лобачев Иван Витальевич, аспирант, старший преподаватель кафедры ИУ1 «Системы автоматического управления»,
105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, с. 1
Ivan V. Lobachev, Postgraduate Student, Senior lecturer, Department of IU1 "Automatic Control Systems",
2nd Baumanskaya St., Moscow 105005
Масленников Андрей Леонидович, старший преподаватель кафедры ИУ1 «Системы автоматического управления»,
105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, с. 1
Andrey L. Maslennikov, Senior lecturer, Department of IU1 "Automatic Control Systems",
2nd Baumanskaya St., Moscow 105005
Цель. Целью исследования является создание эффективной модели динамики беспилотного транспортного средства с двумя поворотными осями, пригодной для разработки алгоритмов автономного управления.
Метод. Исследование основано на методах математического моделирования.
Результат. В работе представлена математическая модель динамики беспилотного транспортного средства (БТС) с двумя поворотными осями, которая учитывает движение центра масс, динамику подвески, вращение корпуса вокруг центра масс по углам тангажа и крена, влияние отрыва колёс от опорной поверхности вследствие деформации подвески и изменения вертикальных нагрузок, силу тяжести в продольном движении при наклоне кузова. Предложен аналитический метод расчёта главных моментов инерции, основанный на геометрических параметрах и положении кузова, колёс и центра масс груза. В целях упрощения моделирования приняты допущения: не учитывается динамика вращения колёс, взаимодействие шин с дорогой описано упрощённо, а динамика силовой установки и рулевых приводов представлены дифференциальными уравнениями первой степени.
Вывод. Входы и выходы математической модели соответствуют реальным сигналам в бортовом комплексе управления, что обеспечивает её применимость для разработки и отладки алгоритмов управления. Результаты моделирования показали корректность описанных соотношений для моделирования динамики БТС и их применимость для задач отладки систем управления движением БТС.
Objective. The aim of this study is to create an effective model of the dynamics of a dual-axis unmanned vehicle, suitable for developing autonomous control algorithms.
Method. The study is based on mathematical modeling methods.
Result. This paper presents a mathematical model describing the dynamics of an unmanned vehicle with two steering axes. It considers the dynamics of the center of mass, suspension dynamics, body rotation around the center of mass at pitch and roll angles, the effect of wheel lift-off due to suspension deformation and changes in vertical loads, and the force of gravity during longitudinal movement when the body is tilted. An analytical method for calculating the moments of inertia about the main axes is proposed, based on the geometric parameters and position of the body, wheels, and the center of mass of the load. To simplify the modeling, the following assumptions were made: wheel rotational dynamics are not considered, tire-road interaction is described in a simplified manner, and the dynamics of the power and steering gears approximated by first order differential equations.
Conclusion. The input and output of the proposed mathematical model correspond to real signals from the onboard control system, ensuring its applicability for debugging control algorithms under conditions close to operational ones. The simulation results demonstrated the correctness of the described relationships for modeling unmanned vehicle dynamics and their applicability for debugging motion control systems.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.