QUAVにおけるロバスト高次時間変動制御障壁関数を用いた固定時間安全性追跡制御

科学分野:

• ロボット工学
• 制御システム
• 航空宇宙工学

背景:

• クアッドローター無人航空機（QUAV）は、障害物や外乱のある動的な環境で課題に直面しています。
• そのような条件下での安全性、安定性、および正確な軌道追跡の確保は、QUAVの運用にとって極めて重要です。
• 既存の制御方法は、未知の外乱境界や収束に必要な特定の初期条件に苦労する可能性があります。

研究 の 目的:

• QUAV用のロバスト固定時間安全制御スキームを開発すること。
• 動的な障害物回避と外乱抑制を同時に処理すること。
• 初期状態に依存しない固定時間での状態収束を達成すること。

主な方法:

• 障害物回避制約のためのロバスト高次時間変動制御障壁関数（R-HO-TV-CBF）の設計。
• 保証された固定時間収束のための非特異的固定時間スライディングモード制御（NFxSMC）の開発。
• 包括的な制御戦略のためのR-HO-TV-CBFとNFxSMCの統合。

主要な成果:

• 提案されたR-HO-TV-CBFは、外乱の境界条件を事前に仮定することなく、動的な障害物回避を効果的に処理し、振動を抑制します。
• NFxSMCは、QUAVの初期状態に関係なく、固定時間収束を保証します。
• シミュレーション結果は、障害物回避、外乱抑制、および高速誤差収束における優れた性能を検証しています。

結論:

• ロバスト固定時間安全制御スキームは、複雑な環境でのQUAVのパフォーマンスを大幅に向上させます。
• 統合されたアプローチは、安全クリティカルな自律飛行アプリケーションに信頼性の高いソリューションを提供します。
• この制御戦略は、既存の方法と比較して、堅牢性と収束特性が向上しています。