Control Jerárquico Estocásticamente Óptimo para UAVs de Larga Duración Bajo Degradación de la Comunicación: Teoría y Validación
Autores: Alrashed, Mosab; Fenjan, Ali; Aldaihani, Humoud; Alqattan, Mohammad
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Control Jerárquico Estocásticamente Óptimo para UAVs de Larga Duración Bajo Degradación de la Comunicación: Teoría y Validación
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Comunicación
Calidad
Control de UAV
Degradación estocástica
Control predictivo de modelos
Estabilidad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este documento establece un marco teórico para tratar la calidad de la comunicación como un recurso navegable en el control de vehículos aéreos no tripulados (UAV) de larga duración bajo degradación estocástica. Probamos que una arquitectura jerárquica que integra el control predictivo de modelo consciente de la comunicación (MPC) logra la -optimalidad con respecto a la formulación de programación dinámica estocástica intratable, mientras mantiene garantías de estabilidad exponencial bajo dinámicas de sistemas conmutados gobernadas por cadenas de Markov en tiempo continuo. Se realizaron tres contribuciones teóricas principales: (1) Se presenta un teorema de optimalidad estocástica que muestra que la aproximación de la función de penalización sigmoide produce una suboptimalidad acotada de =0.23; y (3) el análisis de bifurcación mostró que hay un umbral crítico de tiempo de 72 h en el que la deriva del giroscopio inducida por el calor en el sensor GPS causa una transición en la dinámica del error de navegación de un crecimiento lineal a un crecimiento no lineal catastrófico. La validación a través de 2430 misiones de Monte Carlo durante 54,686 horas de vuelo resultó en un aumento promedio en la resistencia del 243% (18.2 días frente a 5.3 días), manteniendo el CEP en aproximadamente 8.7 m y logrando un 82% de éxito en las misiones bajo una degradación extrema de la comunicación (qcomm<0.3). Los resultados estadísticos confirman una relación positiva muy fuerte entre el Cociente de Resiliencia (RQ) y la duración de las misiones exitosas (R2=0.89, p<0.001), apoyando el modelo teórico con evidencia empírica.
Descripción
Este documento establece un marco teórico para tratar la calidad de la comunicación como un recurso navegable en el control de vehículos aéreos no tripulados (UAV) de larga duración bajo degradación estocástica. Probamos que una arquitectura jerárquica que integra el control predictivo de modelo consciente de la comunicación (MPC) logra la -optimalidad con respecto a la formulación de programación dinámica estocástica intratable, mientras mantiene garantías de estabilidad exponencial bajo dinámicas de sistemas conmutados gobernadas por cadenas de Markov en tiempo continuo. Se realizaron tres contribuciones teóricas principales: (1) Se presenta un teorema de optimalidad estocástica que muestra que la aproximación de la función de penalización sigmoide produce una suboptimalidad acotada de =0.23; y (3) el análisis de bifurcación mostró que hay un umbral crítico de tiempo de 72 h en el que la deriva del giroscopio inducida por el calor en el sensor GPS causa una transición en la dinámica del error de navegación de un crecimiento lineal a un crecimiento no lineal catastrófico. La validación a través de 2430 misiones de Monte Carlo durante 54,686 horas de vuelo resultó en un aumento promedio en la resistencia del 243% (18.2 días frente a 5.3 días), manteniendo el CEP en aproximadamente 8.7 m y logrando un 82% de éxito en las misiones bajo una degradación extrema de la comunicación (qcomm<0.3). Los resultados estadísticos confirman una relación positiva muy fuerte entre el Cociente de Resiliencia (RQ) y la duración de las misiones exitosas (R2=0.89, p<0.001), apoyando el modelo teórico con evidencia empírica.