كنترل آرايش گروهي ربات‌هاي پرنده به روش كنترل پيش‌بين مقيد ضمن ره‌گيري هدف متحرك باوجود موانع

Formation Control of Flying Robots Using Constrained Model Predictive Control While Tracking of Moving Target in Presence of Obstacles

در اين مقاله، با بهره­گيري از كنترل‌كننده پيش­بين مقيد، ره­گيري يك هدف متحرك توسط گروهي از ربات­هاي پرنده ضمن كنترل آرايش گروه ارائه‌شده است. حفظ و كنترل آرايش گروه بر مبناي كنترل موقعيت با فرض معماري غيرمتمركز و ساختار ارتباطي رهبر-پيرو بين عوامل انجام‌گرفته است. ره­گيري هدف توسط رهبر گروه انجام مي‌پذيرد و پيروها وظيفه ره­گيري رهبر گروه را بر عهده دارند. رهبر گروه، موقعيت فعلي و تخمين موقعيت خود در گام‌هاي بعدي را دائماً براي پيروها ارسال مي‌كند تا با استفاده از آن، موقعيت مطلوب فعلي و لحظات بعدي را محاسبه نمايند. در ادامه، بازنويسي قيود مسئله از قبيل تضمين حفظ فاصله و عدم برخورد پيروها با رهبر گروه و محدوديت‌هاي ورودي‌ها و تغييرات آن‌ها بر روي تمام اعضاي گروه و نيز ارائه يك روش هندسي ابتكاري براي عبور از موانع و اعمال سيستماتيك همگي آن‌ها در فرآيند كنترل، انجام گرديده است. شبيه‌سازي‌هاي انجام‌شده براي يك گروه پنج‌تايي از ربات‌هاي پرنده كه ضمن حفظ آرايش گروه به دنبال ره‌گيري يك هدف متحرك زميني هستند، ارائه‌شده است. نتايج نشان مي‌دهد كنترل‌كننده نسبت به اغتشاشات موجود در مسير حركت گروه مقاومت خوبي داشته و ره‌گيري گروهي به نحو مطلوبي انجام مي‌گيرد. پيش‌بيني مسير حركت هدف متحرك و استفاده از آن در طراحي كنترل‌كننده پيش‌بين نيز باعث بهبود و هموار‌تر شدن مسير حركت گروه مي‌گردد.

In this article, using the constrained predictive controller, the tracking of a moving target by a group of flying robots while controlling the group arrangement is presented. The maintenance and control of the group arrangement is based on position control with the assumption of decentralized architecture and leader-follower communication structure between the agents. Target tracking is done by the group leader and the followers are responsible for tracking the group leader. The leader of the group constantly sends the current position and the estimate of his position in the next steps to the followers to use it to calculate the optimal current position and the next moments. In the following, rewriting the constraints of the problem, such as ensuring that the distance is maintained and that the followers do not collide with the group leader, and the limitations of inputs and their changes on all members of the group, as well as providing an innovative geometric method for crossing obstacles and systematically applying all of them in the control process. has been Simulations are presented for a group of five flying robots that seek to intercept a moving ground target while maintaining the formation of the group. The results show that the controller has a good resistance to the disturbances in the group's movement path and the group interception is carried out in a favorable way. Predicting the movement path of the moving target and using it in the design of the predictive controller also improves and smooths the movement path of the group.