Розробка інтелектуальної системи керування та енергетичного управління для стратосферних телекомунікаційних дирижаблів
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.346938Ключові слова:
висотні платформні системи, дирижаблі, PID-нечіткий, LoRa, MatLab, аеродинамічне моделювання, управління енергієюАнотація
Об'єктом дослідження є автономна висотна платформа для дирижабля. Цей тип висотної платформи призначений для тривалої телекомунікаційної ретрансляції на висотах 18–25 км. Основна проблема полягає в недостатній стабільності польоту на висоті стратосфери та обмежених енергетичних можливостях літальних апаратів. Для вирішення проблем розроблено інтегровану інтелектуальну систему керування та енергоменеджменту. Ця архітектура в портативному вигляді включає сенсорний модуль, мікроконтролер STM32, телеметричний канал LoRa, математичну модель динаміки з урахуванням підйомної сили, аеродинамічного опору, зовнішніх факторів та атмосферних параметрів, а найголовніше – запропоновано гібридний адаптивний PID-нечіткий контролер. Додатково запропоновано модель енергетичного балансу, яка безпосередньо взаємодіє із сонячними панелями, енергоспоживанням приводів та роботою від акумулятора. Отримані дані моделювання показують, що використання PID-нечіткого контролера забезпечує значне підвищення стабільності роботи платформи. Час переходу скорочується на 44,4%, максимальне відхилення від заданої висоти та траєкторії польоту зменшується на 56,5%, а середнє споживання енергії приводом зменшується на 20–22%. Модель енергетичного балансу демонструє, що розроблена система здатна зберігати до 46% заряду акумулятора після 24 годин роботи, що на 18% вище порівняно з системою без адаптивного управління енергією.
Практичне значення проекту полягає в можливості використання розробленої системи в складі автономних телекомунікаційних мереж, аеростатів, системи екстреного зв'язку, дистанційного зондування Землі, а також в елементах перспективних мереж 6G та NTN.
Посилання
- Abdykadyrov, A., Abdullayev, M., Kuttybayeva, A., Tazhen, K., Kystaubayev, N., Ermekbayev, M. et al. (2025). Development and evaluation of radio frequency management approaches for stratospheric communication systems. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (5 (135)), 17–29. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.331607
- Abdullayev, M., Kuttybayeva, A., Tazhen, K., Khabay, A., Ospanova, N., Tashtay, Y. et al. (2025). Development of a stratospheric airship-based network architecture for telecommunication in remote areas. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (9 (137)), 82–92. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.340990
- Sabibolda, A., Tsyporenko, V., Smailov, N., Tsyporenko, V., Abdykadyrov, A. (2024). Estimation of the Time Efficiency of a Radio Direction Finder Operating on the Basis of a Searchless Spectral Method of Dispersion-Correlation Radio Direction Finding. Advances in Asian Mechanism and Machine Science, 62–70. https://doi.org/10.1007/978-3-031-67569-0_8
- Seidaliyeva, U., Ilipbayeva, L., Utebayeva, D., Smailov, N., Matson, E. T., Tashtay, Y. et al. (2025). LiDAR Technology for UAV Detection: From Fundamentals and Operational Principles to Advanced Detection and Classification Techniques. Sensors, 25 (9), 2757. https://doi.org/10.3390/s25092757
- Smailov, N., Tsyporenko, V., Ualiyev, Z., Issova, А., Dosbayev, Z., Tashtay, Y. et al. (2025). Improving accuracy of the spectral-correlation direction finding and delay estimation using machine learning. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (5 (134)), 15–24. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.327021
- Widiawan, A. K., Tafazolli, R. (2006). High Altitude Platform Station (HAPS): A Review of New Infrastructure Development for Future Wireless Communications. Wireless Personal Communications, 42 (3), 387–404. https://doi.org/10.1007/s11277-006-9184-9
- Karabulut Kurt, G., Khoshkholgh, M. G., Alfattani, S., Ibrahim, A., Darwish, T. S. J., Alam, M. S. et al. (2021). A Vision and Framework for the High Altitude Platform Station (HAPS) Networks of the Future. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 23 (2), 729–779. https://doi.org/10.1109/comst.2021.3066905
- Beşkardeş, A., Hameş, Y., Kaya, K. (2024). A comprehensive review on fuzzy logic control systems for all, hybrid, and fuel cell electric vehicles. Soft Computing, 28 (13-14), 8183–8221. https://doi.org/10.1007/s00500-023-09454-5
- Jin, B., Zhang, L., Chen, Q., Fu, Z. (2023). Energy management strategy of fuzzy logic control for fuel cell truck. Energy Reports, 9, 247–255. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.05.058
- Hokazono, Y., Kishiyama, Y., Asai, T. (2022). Studies toward Practical Application of HAPS in the Space RAN. NTT Technical Review, 20 (12), 28–35. https://doi.org/10.53829/ntr202212fa3
- Arum, S. C., Grace, D., Mitchell, P. D. (2020). A review of wireless communication using high-altitude platforms for extended coverage and capacity. Computer Communications, 157, 232–256. https://doi.org/10.1016/j.comcom.2020.04.020
- Cavus, M., Dissanayake, D., Bell, M. (2025). Deep-Fuzzy Logic Control for Optimal Energy Management: A Predictive and Adaptive Framework for Grid-Connected Microgrids. Energies, 18 (4), 995. https://doi.org/10.3390/en18040995
- Assem, H., Azib, T., Bouchafaa, F., Laarouci, C., Belhaouas, N., Hadj Arab, A. (2023). Adaptive Fuzzy Logic-Based Control and Management of Photovoltaic Systems with Battery Storage. International Transactions on Electrical Energy Systems, 2023, 1–18. https://doi.org/10.1155/2023/9065061
- Seane, T. B., Samikannu, R. (2023). Energy management of solar microgrids through fuzzy logic control: A review. AIP Conference Proceedings. https://doi.org/10.1063/5.0126181
- Mershad, K., Dahrouj, H., Sarieddeen, H., Shihada, B., Al-Naffouri, T., Alouini, M.-S. (2021). Cloud-Enabled High-Altitude Platform Systems: Challenges and Opportunities. Frontiers in Communications and Networks, 2. https://doi.org/10.3389/frcmn.2021.716265
- Baset, D. A.-E., Rezk, H., Hamada, M. (2020). Fuzzy Logic Control Based Energy Management Strategy for Renewable Energy System. 2020 International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE), 1–5. https://doi.org/10.1109/reepe49198.2020.9059203
- D’Oliveira, F. A., Melo, F. C. L. de, Devezas, T. C. (2016). High-Altitude Platforms - Present Situation and Technology Trends. Journal of Aerospace Technology and Management, 8 (3), 249–262. https://doi.org/10.5028/jatm.v8i3.699
- Bagarić, T., Rezo, Z., Steiner, S. (2025). High-Altitude Pseudo-Satellite platforms as support to air traffic management. Transportation Research Procedia, 83, 593–600. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2025.03.030
- Acun, F., Çunkaş, M. (2023). Low-cost fuzzy logic-controlled home energy management system. Journal of Electrical Systems and Information Technology, 10 (1). https://doi.org/10.1186/s43067-023-00100-6
- Subramanian, V., Bereznychenko, V. (2025). Cognitive fuzzy logic-integrated energy management for self-sustaining hybrid renewable microgrids. Scientific Reports, 15 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-025-94077-z
- Lin, G., Yang, J., Sun, H., Li, H., Liu, W., Zhu, Q. (2025). Optimization of energy management strategy with fuzzy logic control and low-pass filtering for hydrogen production system. International Journal of Hydrogen Energy, 116, 473–485. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.02.245
- Chu, Y., Donaldson, R., Kumar, R., Grace, D. (2021). Feasibility of quantum key distribution from high altitude platforms. Quantum Science and Technology, 6 (3), 035009. https://doi.org/10.1088/2058-9565/abf9ae
- Elkhazraji, A., Alouini, M.-S., Farooq, A. (2025). HAPS Communication Networks: A Tutorial-cum-Survey on Integration with Optical Atmospheric Sensing. arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2511.05877
- Abdullaev, M., Esnazarov, E. (2012). Organization of Broadband Communication Based on Stratospheric High-Altitude Platforms in the Territory of Kazakhstan. Information and Telecommunication Technologies: Education, Science, Practice, 232–236.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Ainur Kuttybayeva, Samal Zhamalova, Mukhit Abdullayev, Gaziz Zhampeissov, Kalmukhamed Tazhen, Anar Khabay, Aigul Orazymbetova, Askar Kanzhar, Tatyana Mechsheryakova, Vladimir Domrachev
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
