Control de Formación Difusa Auto-Disparada Dinámica para Enjambres de UAV con Convergencia en Tiempo Prescrito
Autores: Lu, Jianhua; Yuan, Zehao; Wang, Ning
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Control de Formación Difusa Auto-Disparada Dinámica para Enjambres de UAV con Convergencia en Tiempo Prescrito
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Control de formación
Recursos de comunicación
Requisitos de tiempo
Mecanismo de comunicación autoactivado
Estrategia de control difuso
Controlador de tiempo prescrito
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio se centra en el problema de control de formación cooperativa de vehículos aéreos no tripulados (UAV) de ala fija con seis grados de libertad (6-DOF) bajo restricciones de recursos de comunicación limitados y estrictos requisitos de tiempo. La innovación central del marco propuesto radica en la profunda integración de un mecanismo de comunicación autoactivado dinámico (DSTCM) con una estrategia de control de tiempo prescrito. Además, se diseña una estrategia de control difusa para suprimir eficazmente las perturbaciones del sistema, mejorando la robustez de la formación. El DSTCM diseñado no solo conserva la característica de umbral de activación adaptativa de la comunicación activada por eventos dinámicos, reduciendo significativamente la frecuencia de comunicación, sino que también elimina por completo la necesidad de monitoreo continuo del estado requerido por los mecanismos tradicionales activados por eventos. Como resultado, se conservan de manera efectiva tanto los recursos de comunicación como los de computación a bordo. Paralelamente, se introduce una nueva función de rendimiento unilateral restringida que varía en el tiempo para construir un controlador de tiempo prescrito, que garantiza que el error de seguimiento de la formación converja a un conjunto residual predefinido dentro de un tiempo especificado por el usuario. El proceso de convergencia es independiente de las condiciones iniciales y se adhiere estrictamente a las restricciones de estado completo. Un riguroso análisis de estabilidad basado en Lyapunov demuestra que todas las señales en el sistema de velocidad y actitud del UAV en lazo cerrado están semi-globalmente uniformemente acotadas en última instancia (SGUUB). Además, el DSTCM propuesto asegura la existencia de un límite inferior estrictamente positivo en los intervalos de activación entre eventos de los UAV, evitando así la ocurrencia de comportamiento Zeno. Se proporcionan resultados de simulación numérica para verificar la efectividad y superioridad del esquema de control propuesto.
Descripción
Este estudio se centra en el problema de control de formación cooperativa de vehículos aéreos no tripulados (UAV) de ala fija con seis grados de libertad (6-DOF) bajo restricciones de recursos de comunicación limitados y estrictos requisitos de tiempo. La innovación central del marco propuesto radica en la profunda integración de un mecanismo de comunicación autoactivado dinámico (DSTCM) con una estrategia de control de tiempo prescrito. Además, se diseña una estrategia de control difusa para suprimir eficazmente las perturbaciones del sistema, mejorando la robustez de la formación. El DSTCM diseñado no solo conserva la característica de umbral de activación adaptativa de la comunicación activada por eventos dinámicos, reduciendo significativamente la frecuencia de comunicación, sino que también elimina por completo la necesidad de monitoreo continuo del estado requerido por los mecanismos tradicionales activados por eventos. Como resultado, se conservan de manera efectiva tanto los recursos de comunicación como los de computación a bordo. Paralelamente, se introduce una nueva función de rendimiento unilateral restringida que varía en el tiempo para construir un controlador de tiempo prescrito, que garantiza que el error de seguimiento de la formación converja a un conjunto residual predefinido dentro de un tiempo especificado por el usuario. El proceso de convergencia es independiente de las condiciones iniciales y se adhiere estrictamente a las restricciones de estado completo. Un riguroso análisis de estabilidad basado en Lyapunov demuestra que todas las señales en el sistema de velocidad y actitud del UAV en lazo cerrado están semi-globalmente uniformemente acotadas en última instancia (SGUUB). Además, el DSTCM propuesto asegura la existencia de un límite inferior estrictamente positivo en los intervalos de activación entre eventos de los UAV, evitando así la ocurrencia de comportamiento Zeno. Se proporcionan resultados de simulación numérica para verificar la efectividad y superioridad del esquema de control propuesto.