طراحی یک چارچوب توزیع‌شده به‌منظور آرایش‌بندی گروه شناورهای فروتحریک تحت اغتشاش محیطی به‌وسیله کنترل مود لغزشی پایانی

در این مقاله یک چارچوب توزیع شده جهت آرایش‌بندی گروه شناورهای بدون سرنشین، حول یک هدف معین پیشنهاد شده است. چارچوب پیشنهادی با هدف تعیین مسیر مطلوب برای هر شناور، ممانعت از ورود شناور به حریم هدف و ردیابی مسیر مطلوب تحت اغتشاش‌های محیطی طراحی شده است. پس از طراحی مسیر مطلوب هر شناور به منظور تشکیل آرایش مطلوب پیرامون هدف، اصلاح این مسیر با قید همواری آن براساس روش تابع پتانسیل مجازی صورت گرفته و شرط اجتناب ورود شناورها به حریم هدف برآورده شده است. سپس الگوریتم کنترلی مقاوم برای ردیابی مسیر در حضور اغتشاش ناشی از باد و جریان آب، مبتنی بر کنترل مود لغزشی پایانی غیرتکین توسعه داده شده است. این الگوریتم کنترلی مانورپذیری شناور را با طراحی فرمان سرعت مجازی، بهبود می‌دهد و تعقیب مسیر مطلوب در زمان محدود را میسر می‌کند. درنهایت پایداری کنترل‌ حلقه بسته براساس نظریه پایداری لیاپانوف اثبات و عملکرد الگوریتم کنترلی پیشنهادی با نتایج حاصل از کنترل مود لغزشی پایانی کلاسیک مقایسه شده است. ارزیابی و تحلیل نتایج شبیه‌سازی، نشان‌دهنده‌ی عملکرد مناسب چارچوب پیشنهادی به‌منظور بهبود دقت ردیابی مسیر مطلوب و دستیابی گروه شناورها به آرایش دایروی برای محاصره‌ی هدف است.

A Distributed Framework Design for Formation Control of Under-actuated USVs in the Presence of Environmental Disturbances Using Terminal Sliding Mode Control

This paper proposes a distributed framework for formation control of USVs around a predefined target. This framework, according to the mission and problem conditions, includes three parts: determination of a desired path for each USV, preventing USVs entry to the target area and tracking the desired path of USVs under environmental disturbances. In the first part, a distributed approach is proposed to determine desired path for each USV and forming an aimed USVs arrangement around the target. In the second part, by modifying artificial potential function and smoothly redirecting USVs, the restriction of not entering the target rsquo;s region is met. Finally, in the third section, a robust control algorithm for the USVs navigation in the presence of wind and sea current disturbances is developed based on the nonsingular terminal sliding mode control. The developed control algorithm firstly improves maneuverability of USVs using virtual velocity command planning, and secondly, provides a finite time trajectory tracking. Also, stability of the closed loop control is analyzed using Lyapunov stability theorem and the performance of the proposed control algorithm is compared with results of the conventional terminal sliding mode control. Simulation results demonstrate proper performance of the proposed framework in terms of improving tracking accuracy of the desired path and reaching a circular arrangement of USVs surrounding the target.