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
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
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.
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.