Control de Formación Impulsiva Activado por Eventos para la Evitación Cooperativa de Obstáculos de Enjambres de UAV en Entornos de Túneles
Autores: Hao, Rui; Zhou, Wenjie; Wang, Yuanfan; Yan, Yuehao
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Control de Formación Impulsiva Activado por Eventos para la Evitación Cooperativa de Obstáculos de Enjambres de UAV en Entornos de Túneles
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Navegación en formación de UAV
Evitación de obstáculos
Restricciones de comunicación
Control de impulso activado por eventos
Mantenimiento de formación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La navegación en formación de UAV en entornos complejos como túneles estrechos enfrenta múltiples desafíos, incluyendo la evitación de obstáculos, el mantenimiento de la formación y las limitaciones de comunicación. Este artículo propone una estrategia cooperativa de evitación de obstáculos para la formación de UAV basada en el control de impulso adaptativo activado por eventos, logrando una navegación eficiente con recursos limitados. La estrategia comprende cuatro módulos clave: un mecanismo de activación de eventos adaptativo, detección de obstáculos basada en flujo óptico, estructura de formación líder-seguidor y gestión dinámica de la topología de comunicación. El mecanismo de activación de eventos adaptativo ajusta dinámicamente los umbrales de activación, asegurando la precisión del control mientras reduce la frecuencia de actualización del control; el modelo de percepción de flujo óptico mejorado mejora la capacidad de reconocimiento de obstáculos a través de un enfoque basado en sectores, incorporando estrategias de evitación específicas para túneles; la estructura de formación líder-seguidor emplea una asignación de peso dinámica para equilibrar las necesidades de evitación de obstáculos con el mantenimiento de la formación; y la optimización de la topología de comunicación mejora la robustez del sistema bajo condiciones de comunicación limitadas. Se realizaron experimentos de simulación en un entorno de túnel en forma de arco con 15 obstáculos distribuidos aleatoriamente, y los resultados demuestran que el método propuesto mejora significativamente las tasas de colisión, los errores de formación y la sobrecarga de comunicación en comparación con métodos tradicionales. El análisis de estabilidad de Lyapunov prueba la convergencia de la estrategia de control propuesta. Esta investigación proporciona nuevas referencias teóricas y prácticas para el control cooperativo de múltiples UAV en entornos estrechos y complejos.
Descripción
La navegación en formación de UAV en entornos complejos como túneles estrechos enfrenta múltiples desafíos, incluyendo la evitación de obstáculos, el mantenimiento de la formación y las limitaciones de comunicación. Este artículo propone una estrategia cooperativa de evitación de obstáculos para la formación de UAV basada en el control de impulso adaptativo activado por eventos, logrando una navegación eficiente con recursos limitados. La estrategia comprende cuatro módulos clave: un mecanismo de activación de eventos adaptativo, detección de obstáculos basada en flujo óptico, estructura de formación líder-seguidor y gestión dinámica de la topología de comunicación. El mecanismo de activación de eventos adaptativo ajusta dinámicamente los umbrales de activación, asegurando la precisión del control mientras reduce la frecuencia de actualización del control; el modelo de percepción de flujo óptico mejorado mejora la capacidad de reconocimiento de obstáculos a través de un enfoque basado en sectores, incorporando estrategias de evitación específicas para túneles; la estructura de formación líder-seguidor emplea una asignación de peso dinámica para equilibrar las necesidades de evitación de obstáculos con el mantenimiento de la formación; y la optimización de la topología de comunicación mejora la robustez del sistema bajo condiciones de comunicación limitadas. Se realizaron experimentos de simulación en un entorno de túnel en forma de arco con 15 obstáculos distribuidos aleatoriamente, y los resultados demuestran que el método propuesto mejora significativamente las tasas de colisión, los errores de formación y la sobrecarga de comunicación en comparación con métodos tradicionales. El análisis de estabilidad de Lyapunov prueba la convergencia de la estrategia de control propuesta. Esta investigación proporciona nuevas referencias teóricas y prácticas para el control cooperativo de múltiples UAV en entornos estrechos y complejos.