Control Visual Predictivo en Línea para el Seguimiento de Objetos Constrenidos de Vehículos Aéreos No Tripulados de Ala Fija
Autores: Yang, Lingjie; Wang, Xiangke; Zhou, Yu; Liu, Zhihong; Shen, Lincheng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Control Visual Predictivo en Línea para el Seguimiento de Objetos Constrenidos de Vehículos Aéreos No Tripulados de Ala Fija
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Método propuesto
Seguimiento de objetivos
Cámara de paneo e inclinación
Control predictivo del modelo
UAV
Servoing visual basado en imágenes
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este documento propone un método de control predictivo en línea para vehículos aéreos no tripulados (UAV) de ala fija con una cámara de inclinación y panorámica en el seguimiento de objetivos. Su objetivo es lograr un seguimiento a largo plazo mientras se mantiene simultáneamente el objetivo cerca del centro de la imagen. En particular, este trabajo considera el UAV y la cámara de inclinación y panorámica como un sistema integral y aborda el problema del seguimiento de objetivos a través de una optimización conjunta, de modo que se pueda mejorar la capacidad de seguimiento del UAV. La imagen capturada por la cámara de inclinación y panorámica es la única entrada asociada con el objetivo, y se utiliza el control predictivo basado en modelos (MPC) para resolver el problema de optimización con restricciones que no pueden ser realizadas por el servo visual basado en imágenes clásico (IBVS). Además de la restricción dinámica del UAV, también se tiene en cuenta la restricción de percepción de la cámara, que se describe por la distancia máxima entre el objetivo y la cámara. La detección precisa del objetivo depende de la cantidad de información de sus características contenida en la imagen, que está altamente relacionada con la distancia relativa entre el objetivo y la cámara. Además, considerando los requisitos de tiempo real de las aplicaciones prácticas, se presenta una estrategia de MPC basada en restricciones suaves y un inicio en caliente. Además, se propone un enfoque basado en conmutación para devolver rápidamente el objetivo al rango de percepción una vez que exceda el rango, y también se prueba la estabilidad asintótica exponencial del controlador conmutado. Se realizan simulaciones numéricas y de hardware en el lazo (HITL) para verificar la efectividad y superioridad del método propuesto en comparación con el método existente.
Descripción
Este documento propone un método de control predictivo en línea para vehículos aéreos no tripulados (UAV) de ala fija con una cámara de inclinación y panorámica en el seguimiento de objetivos. Su objetivo es lograr un seguimiento a largo plazo mientras se mantiene simultáneamente el objetivo cerca del centro de la imagen. En particular, este trabajo considera el UAV y la cámara de inclinación y panorámica como un sistema integral y aborda el problema del seguimiento de objetivos a través de una optimización conjunta, de modo que se pueda mejorar la capacidad de seguimiento del UAV. La imagen capturada por la cámara de inclinación y panorámica es la única entrada asociada con el objetivo, y se utiliza el control predictivo basado en modelos (MPC) para resolver el problema de optimización con restricciones que no pueden ser realizadas por el servo visual basado en imágenes clásico (IBVS). Además de la restricción dinámica del UAV, también se tiene en cuenta la restricción de percepción de la cámara, que se describe por la distancia máxima entre el objetivo y la cámara. La detección precisa del objetivo depende de la cantidad de información de sus características contenida en la imagen, que está altamente relacionada con la distancia relativa entre el objetivo y la cámara. Además, considerando los requisitos de tiempo real de las aplicaciones prácticas, se presenta una estrategia de MPC basada en restricciones suaves y un inicio en caliente. Además, se propone un enfoque basado en conmutación para devolver rápidamente el objetivo al rango de percepción una vez que exceda el rango, y también se prueba la estabilidad asintótica exponencial del controlador conmutado. Se realizan simulaciones numéricas y de hardware en el lazo (HITL) para verificar la efectividad y superioridad del método propuesto en comparación con el método existente.