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Programación Dinámica Diferencial Parametrizada Constrenida para la Optimización de Trayectorias de Puntos de Paso

Autores: Zheng, Xiaobo; Xia, Feiran; Lin, Defu; Jin, Tianyu; Su, Wenshan; He, Shaoming

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Programación Dinámica Diferencial Parametrizada Constrenida para la Optimización de Trayectorias de Puntos de Paso


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Puntos de referencia
Trayectoria
Restricciones
UAVs
Algoritmo
Tiempo de vuelo

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 32

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Los vehículos aéreos no tripulados (VANT) deben pasar por múltiples puntos de referencia importantes lo más rápido posible en la entrega de mensajería, reconocimiento enemigo y otras tareas para finalmente alcanzar la posición objetivo. Hay dos problemas importantes que deben resolverse en tales tareas: restringir la trayectoria para pasar por puntos intermedios y optimizar el tiempo de vuelo entre estos puntos. Se propone un algoritmo de programación dinámica diferencial paramétrica restringida (C-PDDP) para cumplir con múltiples restricciones de puntos de referencia y restricciones de tiempo libre entre puntos de referencia para abordar estos dos problemas. Al considerar las restricciones de puntos de referencia intermedios como una especie de restricción de estado de trayectoria, se adopta el método de función de penalización para restringir la trayectoria a pasar por los puntos de referencia. Para las restricciones de tiempo libre, los tiempos de vuelo entre puntos de referencia se convierten en parámetros invariantes al tiempo y se actualizan en los instantes de trayectoria correspondientes a los puntos de referencia. La efectividad del algoritmo C-PDDP propuesto bajo restricciones de puntos de referencia y restricciones de tiempo libre se verifica a través de simulaciones numéricas del problema de reconocimiento de múltiples puntos de un VANT con cinco puntos de referencia diferentes. Después de comparar el algoritmo propuesto con DDP restringido por tiempo fijo (C-DDP), se encuentra que C-PDDP puede optimizar el tiempo de vuelo de la trayectoria con tres segmentos a 7.35 s, 9.50 s y 6.71 s, respectivamente. Además, el error máximo de los puntos de referencia de la trayectoria optimizada del algoritmo C-PDDP es de 1.06 m, que es mucho menor que el de 7 m del algoritmo C-DDP utilizado para la comparación. Se simularon un total de 500 pruebas de Monte Carlo para demostrar cómo el algoritmo propuesto se mantiene robusto ante conjeturas iniciales aleatorias.

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