Formation Control for Moving Target Enclosing via Relative Localization

要約

この論文では、相対距離と自己変位測定に基づいて、移動ターゲットを分散して取り囲むように複数の無人航空機 (UAV) を制御する問題を調査します。
相対位置推定技術は、「UAV-UAV」と「UAV-ターゲット」の両方の相対位置を推定するための忘却係数を使用した再帰的最小二乗推定 (RLSE) 技術に基づいて開発されています。
編隊を囲む動きは結合振動子モデルを使用して計画され、UAV が円上に均等に分布するように望ましい動きを生成します。
結合振動子ベースの動きは、その永続的な励起の性質により、相対的な位置特定の指数関数的収束を促進することもできます。
所望の地層パターンの生成戦略と相対位置推定に基づいて,地層の幾何学的中心が移動目標に漸近的に収束することを可能にする協調地層追跡制御方式を提案した。
漸近収束性能は、相対位置特定技術と地層制御アルゴリズムの両方について理論的に分析されます。
提案されたアルゴリズムの効率を示すために数値シミュレーションが提供されます。
提案されたターゲット囲い込み方法を実際のプラットフォームで評価するために、1 つのターゲットを追跡する 3 つのクアッドローターによる実験が行われます。

要約(オリジナル)

In this paper, we investigate the problem of controlling multiple unmanned aerial vehicles (UAVs) to enclose a moving target in a distributed fashion based on a relative distance and self-displacement measurements. A relative localization technique is developed based on the recursive least square estimation (RLSE) technique with a forgetting factor to estimates both the “UAV-UAV” and “UAV-target” relative positions. The formation enclosing motion is planned using a coupled oscillator model, which generates desired motion for UAVs to distribute evenly on a circle. The coupled-oscillator-based motion can also facilitate the exponential convergence of relative localization due to its persistent excitation nature. Based on the generation strategy of desired formation pattern and relative localization estimates, a cooperative formation tracking control scheme is proposed, which enables the formation geometric center to asymptotically converge to the moving target. The asymptotic convergence performance is analyzed theoretically for both the relative localization technique and the formation control algorithm. Numerical simulations are provided to show the efficiency of the proposed algorithm. Experiments with three quadrotors tracking one target are conducted to evaluate the proposed target enclosing method in real platforms.

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