Control de Formación de UAV Cuadricóptero en Red Cooperativa y Control de Seguimiento de Tiempo Prescrito con Restricciones de Saturación de Velocidad e Entrada
Autores: Wang, Zhikai; Qin, Yifan; Tao, Fazhan; Wu, Zihao; Gao, Song
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Control de Formación de UAV Cuadricóptero en Red Cooperativa y Control de Seguimiento de Tiempo Prescrito con Restricciones de Saturación de Velocidad e Entrada
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Desafíos
Control de formación cooperativa
Seguimiento en tiempo prescrito
Marco de control jerárquico
Protocolo de consenso distribuido
Controlador de actitud en modo deslizante con tiempo prescrito
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Este documento aborda los desafíos del control de formación cooperativa y el seguimiento de tiempo prescrito para UAVs quadrotor en red bajo restricciones de velocidad y saturación de entrada. Se propone un marco de control jerárquico que incluye una capa de formación de posición y una capa de seguimiento de actitud, que logra un control completo de un sistema de formación de UAV subactuado al introducir el ángulo de Euler de seguimiento esperado. Para el control de posición del bucle externo, se diseña un protocolo de consenso distribuido con entradas de estado y control restringidas para garantizar la estabilidad de la formación con un espaciado personalizable y velocidad limitada. El control de actitud del bucle interno emplea un controlador de actitud de modo deslizante de tiempo prescrito (PTSMAC) integrado con un observador de estado extendido de tiempo prescrito (PTESO), lo que permite una rápida convergencia dentro del tiempo definido por el usuario y compensa las dinámicas no modeladas, las perturbaciones del viento y la saturación del actuador. La efectividad del algoritmo propuesto se demostró a través de la estabilidad de Lyapunov. Las simulaciones comparativas muestran que el método propuesto tiene ventajas significativas en el control de formación de alta precisión, tiempo de convergencia y saturación de entrada.
Descripción
Este documento aborda los desafíos del control de formación cooperativa y el seguimiento de tiempo prescrito para UAVs quadrotor en red bajo restricciones de velocidad y saturación de entrada. Se propone un marco de control jerárquico que incluye una capa de formación de posición y una capa de seguimiento de actitud, que logra un control completo de un sistema de formación de UAV subactuado al introducir el ángulo de Euler de seguimiento esperado. Para el control de posición del bucle externo, se diseña un protocolo de consenso distribuido con entradas de estado y control restringidas para garantizar la estabilidad de la formación con un espaciado personalizable y velocidad limitada. El control de actitud del bucle interno emplea un controlador de actitud de modo deslizante de tiempo prescrito (PTSMAC) integrado con un observador de estado extendido de tiempo prescrito (PTESO), lo que permite una rápida convergencia dentro del tiempo definido por el usuario y compensa las dinámicas no modeladas, las perturbaciones del viento y la saturación del actuador. La efectividad del algoritmo propuesto se demostró a través de la estabilidad de Lyapunov. Las simulaciones comparativas muestran que el método propuesto tiene ventajas significativas en el control de formación de alta precisión, tiempo de convergencia y saturación de entrada.