Control Barrier Function-based Predictive Control for Close Proximity operation of UAVs inside a Tunnel

要約

この論文では、トンネル内の無人航空機 (UAV) の動きを効果的に制御する方法を紹介します。
この問題の主な課題は、トンネルの壁によって生成される距離に依存する非線形のトルクと力に UAV がさらされることと、これらの壁に近接している間、定義された領域内で安全に動作する必要があることです。
この問題に対処するために、この論文では、制御障壁関数 (CBF) に基づく制約を持つモデル予測制御 (MPC) フレームワークの実装を提案しています。
この論文では、この問題に 2 つの異なる方法でアプローチしています。
1 つ目は、壁と天井の両方の影響を回避するためにトンネルの壁から安全な距離を維持することです。2 つ目は、壁からの距離を最小限に抑えて、近接タスクに関連する非線形の力を効果的に管理することです。
最後に、この論文は、天井と境界壁の近接による空気力学的外乱の現実的なモデルを使用して、さまざまな近接軌道のシミュレーションをテストすることにより、そのアプローチの有効性を示しています。

要約(オリジナル)

This paper introduces a method for effectively controlling the movement of an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) within a tunnel. The primary challenge of this problem lies in the UAV’s exposure to nonlinear distance-dependent torques and forces generated by the tunnel walls, along with the need to operate safely within a defined region while in close proximity to these walls. To address this problem, the paper proposes the implementation of a Model Predictive Control (MPC) framework with constraints based on Control Barrier Function (CBF). The paper approaches the issue in two distinct ways; first, by maintaining a safe distance from the tunnel walls to avoid the effects of both the walls and ceiling, and second, by minimizing the distance from the walls to effectively manage the nonlinear forces associated with close proximity tasks. Finally, the paper demonstrates the effectiveness of its approach through testing on simulation for various close proximity trajectories with the realistic model of aerodynamic disturbances due to the proximity of the ceiling and boundary walls.

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