Expansión del Escenario de Aplicación de USV Basada en Control de Movimiento, Seguimiento de Trayectoria y Planificación de Velocidad
Autores: Feng, Ziang; Pan, Zaisheng; Chen, Wei; Liu, Yong; Leng, Jianxing
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Expansión del Escenario de Aplicación de USV Basada en Control de Movimiento, Seguimiento de Trayectoria y Planificación de Velocidad
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Vehículos de superficie no tripulados
Control de movimiento
Rutas preestablecidas
Autonomía
Inteligencia
Planificación de velocidad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
La capacidad de los vehículos de superficie no tripulados (USV) en el control de movimiento y el seguimiento preciso de rutas preestablecidas es la manifestación de su autonomía e inteligencia, mientras que hay un amplio margen de mejora al expandir sus escenarios de aplicación. En este documento, se llevó a cabo una fusión de modelos de USV y ruta preestablecida a través del sistema de coordenadas de Serret-Frenet. Las estrategias de control fueron diseñadas meticulosamente con la ayuda de la teoría de estabilidad de Lyapunov, incluyendo el control de velocidad resultante en presencia de ángulo de deriva, control de rumbo basado en el método de retroceso no lineal y control de velocidad de punto de referencia como variable de control virtual. Específicamente, basado en el control de velocidad resultante de USV, este documento propone soluciones respectivas para dos escenarios comunes a través de la planificación de velocidad. En un escenario de corrección de descarrilamiento, se diseñó una velocidad de referencia adaptativa de acuerdo con la posición y actitud del USV, lo que promovió notablemente su maniobrabilidad. En un escenario de evitación de obstáculos dinámicos, se buscó una curva de velocidad apropiada mediante programación dinámica en un gráfico ST y se optimizó mediante programación cuadrática, lo que permitió al USV evadir obstáculos sin cambiar la ruta original. Los resultados de simulación demostraron la convergencia y fiabilidad de las estrategias de control de movimiento y del algoritmo de seguimiento de ruta. Además, se verificó que la planificación de velocidad funcionaba de manera efectiva en ambos escenarios.
Descripción
La capacidad de los vehículos de superficie no tripulados (USV) en el control de movimiento y el seguimiento preciso de rutas preestablecidas es la manifestación de su autonomía e inteligencia, mientras que hay un amplio margen de mejora al expandir sus escenarios de aplicación. En este documento, se llevó a cabo una fusión de modelos de USV y ruta preestablecida a través del sistema de coordenadas de Serret-Frenet. Las estrategias de control fueron diseñadas meticulosamente con la ayuda de la teoría de estabilidad de Lyapunov, incluyendo el control de velocidad resultante en presencia de ángulo de deriva, control de rumbo basado en el método de retroceso no lineal y control de velocidad de punto de referencia como variable de control virtual. Específicamente, basado en el control de velocidad resultante de USV, este documento propone soluciones respectivas para dos escenarios comunes a través de la planificación de velocidad. En un escenario de corrección de descarrilamiento, se diseñó una velocidad de referencia adaptativa de acuerdo con la posición y actitud del USV, lo que promovió notablemente su maniobrabilidad. En un escenario de evitación de obstáculos dinámicos, se buscó una curva de velocidad apropiada mediante programación dinámica en un gráfico ST y se optimizó mediante programación cuadrática, lo que permitió al USV evadir obstáculos sin cambiar la ruta original. Los resultados de simulación demostraron la convergencia y fiabilidad de las estrategias de control de movimiento y del algoritmo de seguimiento de ruta. Además, se verificó que la planificación de velocidad funcionaba de manera efectiva en ambos escenarios.