Model Predictive Control Approach to Autonomous Formation Flight

要約

編隊飛行とは、複数の物体が協調して飛行することである。航空機の編隊飛行を自律的に行うために、様々な自動制御手法が用いられている。本論文では、編隊飛行の自律的実行におけるモデル予測制御（MPC）アプローチの能力を検討する。MPCは、航空機間の衝突や障害物を回避しながら、所望の軌道を維持し、編隊飛行を行うことができるコントローラである。このアプローチにより、3次元環境における6自由度の飛行体モデルが、主に三角形の順序で自律的に編隊飛行を行う。編隊飛行の軌道はMPCアーキテクチャによって追跡されるだけでなく、飛行体の衝突回避戦略もMPCアーキテクチャによって実行される。シミュレーションの結果、MPCはどちらの場合にも十分な能力を持つことがわかった。従って、この方法は、制約に対処し、障害物を回避し、航空機間の衝突を回避することができると結論づけられる。しかしながら、MPCを実時間で航空機に実装することには課題がある。

要約(オリジナル)

Formation flight is when multiple objects fly together in a coordination. Various automatic control methods have been used for the autonomous execution of formation flight of aerial vehicles. In this paper, the capacity of the model predictive control (MPC) approach in the autonomous execution of formation flight is examined. The MPC is a controller that capable of performing formation flight, maintaining tracking desired trajectory while avoiding collisions between aerial vehicles, and obstacles faced. Through this approach, aerial vehicle models with six degrees of freedom in a three-dimensional environment are performed formation flight autonomously, mostly in a triangle order. Not only the trajectory for the formation flight can be tracked through the MPC architecture, also the collision avoidance strategies of the aerial vehicles can be performed by this architecture. Simulation studies show that MPC has sufficient capability in both cases. Therefore, it is concluded that this method can deal with constraints, avoid obstacles as well as collisions between aerial vehicles. However, implementation of MPC to aerial vehicles in real time holds challenges.

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