Planificación de Trayectorias RRT*-APF y Control MA-AADRC-SMC para la Evitación de Obstáculos en 3-D de manera Cooperativa en Formaciones de Múltiples UAV
Autores: Yan, Yuehao; Liu, Songlin; Hao, Rui
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Planificación de Trayectorias RRT*-APF y Control MA-AADRC-SMC para la Evitación de Obstáculos en 3-D de manera Cooperativa en Formaciones de Múltiples UAV
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Vuelo seguro
Vuelo cooperativo
Formaciones de múltiples UAV
Marco de planificación y control
Perturbaciones en el campo de viento
Espacio aéreo urbano en 3D
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Para habilitar el vuelo cooperativo seguro de formaciones de múltiples UAV en el espacio aéreo urbano 3-D con perturbaciones de campo de viento, desarrollamos un marco integrado de planificación y control. La capa de planificación utiliza un RRT* guiado por APF con predicción continua de colisiones y límites explícitos de velocidad/aceleración, y compensa el viento en línea. La capa de control adopta un diseño MA-AADRC-SMC de doble lazo. Un ESO adaptativo estima las perturbaciones para la cancelación por anticipado, y un término SMC mejora la robustez y la precisión de seguimiento. Al acoplar la trayectoria planificada con campos repulsivos ponderados por velocidad, el marco coordina la trayectoria y la actitud en un lazo cerrado, permitiendo un vuelo en formación sin colisiones y sin sobrepasos en condiciones de viento y desorden. Las simulaciones muestran una mayor precisión de seguimiento y una mejor estabilidad de formación que ADRC, PID y SMC. Un análisis de Lyapunov demuestra la acotación uniforme y la estabilidad asintótica. El marco es escalable a aplicaciones como la evaluación de desastres y el transporte aéreo urbano.
Descripción
Para habilitar el vuelo cooperativo seguro de formaciones de múltiples UAV en el espacio aéreo urbano 3-D con perturbaciones de campo de viento, desarrollamos un marco integrado de planificación y control. La capa de planificación utiliza un RRT* guiado por APF con predicción continua de colisiones y límites explícitos de velocidad/aceleración, y compensa el viento en línea. La capa de control adopta un diseño MA-AADRC-SMC de doble lazo. Un ESO adaptativo estima las perturbaciones para la cancelación por anticipado, y un término SMC mejora la robustez y la precisión de seguimiento. Al acoplar la trayectoria planificada con campos repulsivos ponderados por velocidad, el marco coordina la trayectoria y la actitud en un lazo cerrado, permitiendo un vuelo en formación sin colisiones y sin sobrepasos en condiciones de viento y desorden. Las simulaciones muestran una mayor precisión de seguimiento y una mejor estabilidad de formación que ADRC, PID y SMC. Un análisis de Lyapunov demuestra la acotación uniforme y la estabilidad asintótica. El marco es escalable a aplicaciones como la evaluación de desastres y el transporte aéreo urbano.