Herald of Technological University Herald of Technological University ВЕСТНИК ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 3034-4689 114184 10.55421/3034-4689_2026_29_1_142 3. Информатика, вычислительная техника и управление 3. Information teory, computer technology and control 3. Информатика, вычислительная техника и управление DESIGN AND SOFTWARE FEATURES OF UNMANNED AERIAL VEHICLE MOTION CONTROL КОНСТРУКТИВНЫЕ И ПРОГРАММНЫЕ ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Каляшина А. В. Kalyashina A. V. Столяренко Д. В. Stolyarenko D. V. Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev 31 01 2026 31 01 2026 29 1 142 146 31 01 2026 https://www.elibrary.ru/item.asp?id=88853968

Данное исследование посвящено беспилотным летательным аппаратам, производство которых является одним из самых высокотехнологичных в авиационной отрасли. Перспективным направлением в этой отрасли является производство и использование компактных квадрокоптеров. При их эксплуатации возникает ряд проблем, например, малая эффективность полета, недостаточная жесткость конструкции и др. Одним из перспективных решений этих трудностей является использование диагонально-разновысотной компоновки, которая способна улучшить эффективность полёта, за счет применения увеличенной винто-моторной группы. В данной работе проведено исследование возможности применения диагонально-разновысотной компоновки квадрокоптера. Для решения этой задачи был разработан прототип диагонально-разновысотной компоновки, изготовлено несколько образцов из различных материалов, обеспечена фильтрация и настройка коэффициентов ПИД-регулятора. Детали предлагаемой диагонально-разновысотной компоновки квадрокоптера разработаны методом твердотельного моделирования в системе автоматизированного проектирования Компас-3D. В работе применен метод построения деталей с использованием кессонных сечений. Это позволило сделать главные сечения деталей конструкции наиболее жесткими при использовании минимального количества материала, также применение кессонов снизило аэродинамическое сопротивление в полёте. Таким образом, разработанные детали конструкции обладают достаточным запасом жесткости при минимальном весе конструкции, при этом защита дополнительно усиливает жесткость базовой детали, что недостижимо при использовании Х-компоновки. Все разработанные прототипы прошли летные испытания. Во время испытательных полётов различных прототипов, происходила фиксация полученных данных гироскопа для настройки и фильтрации параметров полетного контроллера квадрокоптера. Анализ полученных данных проводился в программе Betaflight Blackbox Explorer. Для управления четырьмя двигателями квадрокоптера использован ПИД-регулятор, на вход которого поступают фильтрованные сигналы с гироскопа. Фильтрация сигнала необходима для того, чтобы сильные вибрационные помехи не нарушили работу ПИД-регулятора. Если это произойдет, двигатели квадрокоптера будут работать в такт вибрационных помех, что вызывает их перегрев. Для стабилизации полёта квадрокоптера использовано три ПИД-регулятора на осях тангажа, крена и рысканья . В данной работе подбор коэффициентов проводился экспериментальным путем с использованием программ-анализаторов необработанных сигналов гироскопа полетного контроллера квадкрокоптера.

This study focuses on unmanned aerial vehicles, the production of which is among the most high-tech in the aviation industry. A promising area in this field is the production and use of compact quadcopters. Their operation poses a number of challenges, including low flight efficiency and insufficient structural rigidity. One promising solution to these challenges is the use of a diagonal, multi-height configuration, which can improve flight efficiency by employing a larger propeller-motor combination. This paper explores the feasibility of using a diagonal, multi-height quadcopter configuration. To address this challenge, a prototype of the diagonal, multi-height configuration was developed, several samples were fabricated from various materials, and filtering and PID controller coefficient tuning were implemented. The components of the proposed diagonal, multi-height quadcopter configuration were developed using solid-state modeling in the Compass-3D computer-aided design system. The work utilized a method for constructing parts using caisson sections. This allowed for the main sections of the structural components to be as rigid as possible while using a minimum amount of material. The use of caissons also reduced aerodynamic drag in flight. Thus, the developed structural components possess sufficient rigidity while minimizing structural weight, while the protection additionally enhances the rigidity of the base component, which is unachievable with an X-configuration. All developed prototypes underwent flight testing. During test flights of various prototypes, gyroscope data was recorded to tune and filter the parameters of the quadcopter flight controller. The obtained data was analyzed using Betaflight Blackbox Explorer. A PID controller, fed with filtered signals from the gyroscope, is used to control the quadcopter's four motors. Signal filtering is necessary to prevent strong vibration interference from disrupting the PID controller. If this occurs, the quadcopter motors will operate in sync with the vibration interference, causing them to overheat. To stabilize the quadcopter's flight, three PID controllers were used on the pitch, roll, and yaw axes. In this study, the coefficients were selected experimentally using software that analyzed the raw signals from the quadcopter's flight controller gyroscope.

 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ РЕГУЛИРОВАНИЕ КВАДРОКОПТЕР MATHEMATICAL MODEL UNMANNED AERIAL VEHICLE CONTROL QUADCOPTER