複数の後続固定翼無人機の分散適応型フォールトトレラント近接編隊飛行制御

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ISA Trans.2020 Jul;S0019-0578(20)30278-0. doi: 10.1016/j.isatra.2020.07.005.Epub 2020-07-09.

複数の後続固定翼無人機の分散適応型フォールトトレラント近接編隊飛行制御

Distributed adaptive fault-tolerant close formation flight control of multiple trailing fixed-wing UAVs.

Ziquan Yu
Youmin Zhang
Bin Jiang
Xiang Yu
Jun Fu
Ying Jin
Tianyou Chai

PMID: 32680604 DOI: 10.1016/j.isatra.2020.07.005.

抄録

本論文では、複数の後続固定翼無人航空機(UAV)のアクチュエータ故障や航跡渦に対する信頼性の高い制御問題について考察する。本論文では、分散スライディングモード推定器、動的表面制御アーキテクチャ、ニューラルネットワーク、外乱オブザーバを用いて、分散適応型フォールトトレラント制御(FTC)スキームを提案する。提案した制御方式は、後続の固定翼型無人機が先行型無人機から発生する航跡渦に遭遇し、後続型無人機の一部にアクチュエータの故障が発生した場合でも、後続の固定翼型無人機をあらかじめ設定した時間変化する相対位置に収束させることが可能である。提案した分散FTC方式では、後続無人機の位置に関する追尾誤差が制限されることが示された。提案する制御方式の有効性を説明するために、比較シミュレーション結果を提供する。

This paper considers the reliable control problem for multiple trailing fixed-wing unmanned aerial vehicles (UAVs) against actuator faults and wake vortices. A distributed adaptive fault-tolerant control (FTC) scheme is proposed by using a distributed sliding-mode estimator, dynamic surface control architecture, neural networks, and disturbance observers. The proposed control scheme can make all trailing fixed-wing UAVs converge to the leading UAV with pre-defined time-varying relative positions even when all trailing UAVs encounter the wake vortices generated by the leading UAV and a portion of trailing UAVs is subjected to the actuator faults. It is shown that under the proposed distributed FTC scheme, the tracking errors of all trailing UAVs with respect to their desired positions are bounded. Comparative simulation results are provided to illustrate the effectiveness of the proposed control scheme.