Cải thiện thời gian bay dựa trên mô hình điều khiển dự đoán thích nghi cho máy bay không người lái

Bài viết "Cải thiện thời gian bay dựa trên mô hình điều khiển dự đoán thích nghi cho máy bay không người lái" đề xuất một mô hình điều khiển dự đoán (MPC) giảm thiểu thời gian bay đồng thời khắc phục những hạn chế của bộ điều khiển MPC cổ điển thường được sử dụng. Bên cạnh đó, phương pháp MPC và ứng dụng của nó cho điều khiển máy bay không người lái đã được trình bày chi tiết trong bài báo. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cải thiện thời gian bay dựa trên mô hình điều khiển dự đoán thích nghi cho máy bay không người lái Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023) Cải thiện thời gian bay dựa trên mô hình điều khiển dự đoán thích nghi cho máy bay không người lái Ngô Huy Hoàng, Nguyễn Cảnh Thanh và Hoàng Văn Xiêm Bộ môn Kỹ thuật Robot, Khoa Điện tử - Viễn Thông Trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội Email: ngoh52180@gmail.com, canhthanh@vnu.edu.vn, xiemhoang@vnu.edu.vn Tóm tắt—Các nền tảng trên không thông minh như máy để phù hợp cho hệ thống phần cứng hạn chế của máybay không người lái (UAV) đang được kỳ vọng mang đến bay không người lái.cuộc cách mạng trong hàng loạt lĩnh vực như vận chuyển Gần đây, các phương pháp điều khiển dựa trên tốivà giao thông, giám sát hiện trường, sản xuất công nghiệp, ưu hóa đặc biệt là mô hình điều khiển dự đoán (MPC)quản lý nông nghiệp. Trong đó, điều khiển chính xác làmột trong những nhiệm vụ quan trọng mang tính quyết và những biến thể của nó thu hút nhiều sự chú ý chođịnh hiệu suất và khả năng làm việc của hệ thống máy bay điều khiển quadrotor nhờ những tiến bộ trong hiệu quảkhông người lái. Tuy nhiên, các nghiên cứu hiện nay tập phần cứng, thuật toán và mô hình. MPC xem xét các giátrung giải quyết vấn đề theo dõi quỹ đạo, giảm thiểu sai số trị hiện tại và quá khứ và tạo ra lệnh điều khiển theotrong quá trình bay mà ít quan tâm tới cải thiện thời gian đường chân trời lùi giúp tối ưu hóa sai khác trong tươngbay. Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một mô hình lai theo đường chân trời. Các phương pháp MPC tuyếnđiều khiển dự đoán (MPC) giảm thiểu thời gian bay đồngthời khắc phục những hạn chế của bộ điều khiển MPC tính và phi tuyến đều đã được áp dụng để điều khiểncổ điển thường được sử dụng. Bên cạnh đó, phương pháp mô hình quadrotor được tổng kết và đánh giá trong [2].MPC và ứng dụng của nó cho điều khiển máy bay không Ngoài ra, MPC thể hiện khả năng hoạt động với nhữngngười lái đã được trình bày chi tiết trong bài báo. Cuối ràng buộc về vật lý của hệ, cũng như thích nghi tốt vớicùng, kết quả đã chứng minh hiệu suất của bộ điều khiển hệ thống đa cảm biến, phi tuyến tính [3], [4], [5]. Tuyđề xuất được cải thiện so với MPC tiêu chuẩn. Ngoài ra, nhiên, nhiều ứng dụng của MPC vẫn gặp phải nhữnghướng tiếp cận này có tiềm năng trở thành nền tảng choviệc kết hợp các thuật toán thông minh vào các bộ điều thách thức đáng kể, chẳng hạn như yêu cầu về mô hìnhkhiển cơ bản. tính toán chính xác và sự cần thiết của việc giải những Từ khóa—Máy bay không người lái, Thời gian tối ưu, bài toán tối ưu hóa quỹ đạo trực tuyến với khả năng tínhHàm chi phí, Mô hình điều khiển dự đoán phi tuyến. toán hạn chế của máy tính quy mô nhỏ gắn trên máy bay. I. GIỚI THIỆU Việc cải tiến các tham số trong bộ điều khiển MPC từ lâu đã được các nhà khoa học quan tâm đến. Amos trong Máy bay không người lái (UAVs) đang tạo ra một [6] đề xuất MPC khả vi, khi các trọng số trong hàm chicuộc cách mạng trong nhiều ngành công nghiệp, nông phí được cập nhật qua từng bước thời gian để thích nghinghiệp cũng như quân sự. Nhờ khả năng di chuyển linh và nâng cao hiệu suất của bộ điều khiển. Angel trong [7]hoạt trong các môi trường và thiết kế nhỏ gọn, máy bay đã đề xuất và ứng dụng bộ điều khiển dự đoán biên môkhông người lái có thể cắt giảm chi phí hoạt động đi hình, bằng sự kết hợp giữa MPC và các thành phần sai50%, giảm rõ rệt thời gian cần để thực hiện công việc số biên [8], vừa xét tới tính chính xác của bộ điều khiểnnhất là với những hệ thống có quy mô lớn [1]. Để đạt cũng như cải thiện thời gian bay. Nhìn chung, các thuậtđược hiệu suất cao trong các ứng dụng, một yêu cầu toán MPC cải tiến mặc dù đã được chứng minh là mangquan trọng là phải duy trì được độ chính xác bay, trong lại hiệu suất bay tốt hơn, nhưng vẫn có sự đánh đổi nhấtkhi giảm thời gian thực hiện chuyến bay đi ngắn nhất là về độ phức tạp của thuật toán cải tiến, và phần lớncó thể. Điều đó đặt ra thách thức cho việc cải tiến các các thuật toán MPC cải tiến cho quadrotor chưa thể hoạtthuật toán điều khiển cổ điển được sử dụng, trong khi động được trong điều kiện thời gian thực [9].vẫn phải đảm bảo độ chính xác cũng như độ phức tạp Cải tiến thời gian tối ưu trong các thuật toán điều ISBN 978-604-80-8932-0 173 Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023)khiển là một hướng nghiên cứu tiềm năng trong tương MPC và mô hình động học cuả máy bay không ngườilai. Các thuật toán điều khiển cơ bản mặc dù khai thác lái được chúng tôi trình bày trong [2].nhiều vào sai số giữa trạng thái và tín hiệu điều khiển 1) MPC tuyến tính: MPC tuyến tính được xây dựnghiện tại đối với trạng thái và tín hiệu điều khiển tham như một bài toán tối ưu hoá phương trình bậc hai. Chúngchiếu nhưng rất ít thuật toán xét tới việc tối ưu hoá thời tôi định nghĩa vector trạng thái x ∈ R12 như sau:gian thực hiện. Neunert và các cộng sự trong [10] đã ...