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Control de Formación en Tiempo Finito para UAVs Agrupados con Evitación de Obstáculos Inspirado en el Comportamiento Jerárquico de las Palomas

Autores: Zhang, Zhaoyu; Yuan, Yang; Duan, Haibin

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Control de Formación en Tiempo Finito para UAVs Agrupados con Evitación de Obstáculos Inspirado en el Comportamiento Jerárquico de las Palomas


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Control de formación
UAVs
Modo deslizante terminal
Esquema de control en tiempo finito
Evitación de obstáculos
Cinemática en cascada

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Para abordar el problema del control de formación de múltiples vehículos aéreos no tripulados (VANT), se investiga en este artículo un esquema de control en tiempo finito basado en el modo deslizante terminal (MDT). Se considera un VANT cuatróptero con la propiedad de despegue vertical, con cinemáticas en cascada compuestas de bucles rotacionales y translacionales. Para fortalecer la aplicación en el sistema de VANT de bajo costo, el par aplicado se sintetiza con un sistema rotacional auxiliar, lo que puede evitar la utilización de mediciones directas de actitud. Además, se establece una superficie de modo deslizante terminal y se emplea en el protocolo de control de formación en tiempo finito (PCFPT) como el empuje impulsado de múltiples VANT sobre una topología no dirigida en el sistema translacional. Para mantener el vuelo seguro de los grupos de VANT en un entorno y evitar colisiones con obstáculos o con otros vecinos VANT, se propone un protocolo de evitación de obstáculos inspirado en la jerarquía de las palomas (PHOAP). Al imitar la jerarquía interactiva que existe entre los grupos de palomas mensajeras, el esquema de evitación de colisiones se mejora por separado para generar el campo potencial repulsivo para el objetivo de maniobra del líder y el grupo de VANT seguidores. Posteriormente, las leyes de evitación de colisiones basadas en el comportamiento de homing de las palomas se combinan con el protocolo de formación de modo deslizante en tiempo finito, y el par aplicado se adjunta como una estructura en cascada en el bucle de actitud para sintetizar un marco de control cooperativo de evitación de obstáculos. Finalmente, se investigan escenarios de simulación de múltiples VANT para alcanzar una formación deseada entre obstáculos, y se valida la efectividad del enfoque propuesto.

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