Three-dimensional Nonlinear Path-following Guidance with Bounded Input Constraints

要約

この論文では、事前に指定されたタイミング要件なしで、制限された入力にさらされる、一般にパス追跡問題と呼ばれる、無人航空機 (UAV) の 3 次元出力空間における任意の曲線幾何学的パスの追跡を検討します。
具体的には、設計における制限された制御権限を考慮しながら、UAV が 3 次元の滑らかな曲線経路をたどることを可能にする、UAV のための新しい非線形経路追従誘導法則を提案します。
提案された解決策は、パスのジオメトリへの依存を取り除くことによってパス追跡問題の一般的な処理を提供し、さまざまなレベルの複雑さと滑らかな曲率を持つパスに適用できるようにします。
さらに、提案された戦略は、そのシンプルさと実装の容易さで知られる追跡ガイダンスのアプローチからインスピレーションを得ています。
理論的分析により、UAV が一定時間内に目的の経路に収束し、経路に関する初期構成に関係なく、その経路上に留まることが保証されます。
最後に、シミュレーションは、幅広い交戦シナリオを通じて提案された誘導戦略のメリットと有効性を実証し、UAV が多様な曲線経路を正確にたどる能力を示しています。

要約(オリジナル)

In this paper, we consider the tracking of arbitrary curvilinear geometric paths in three-dimensional output spaces of unmanned aerial vehicles (UAVs) without pre-specified timing requirements, commonly referred to as path-following problems, subjected to bounded inputs. Specifically, we propose a novel nonlinear path-following guidance law for a UAV that enables it to follow any smooth curvilinear path in three dimensions while accounting for the bounded control authority in the design. The proposed solution offers a general treatment of the path-following problem by removing the dependency on the path’s geometry, which makes it applicable to paths with varying levels of complexity and smooth curvatures. Additionally, the proposed strategy draws inspiration from the pursuit guidance approach, which is known for its simplicity and ease of implementation. Theoretical analysis guarantees that the UAV converges to its desired path within a fixed time and remains on it irrespective of its initial configuration with respect to the path. Finally, the simulations demonstrate the merits and effectiveness of the proposed guidance strategy through a wide range of engagement scenarios, showcasing the UAV’s ability to follow diverse curvilinear paths accurately.

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