هدایت تعقیب مسیر و پرواز آرایشی پهپادها، مبتنی بر خطی‌سازی پس‌خور و مشاهده‌گر مود لغزشی

این مقاله به طراحی قانون هدایت تعقیب مسیر برای یک پهپاد رهبر و هدایت پرواز آرایشی پهپادهای تعقیب گر برای ایجاد یک هندسه مشخص نسبت به پهپاد رهبر میپردازد با توجه به سینماتیک غیر خطی مسئله برای طراحی هر دو قانون هدایت از تئوری خطی سازی پس خور استفاده شده است؛ بنابراین با استفاده از این ،تئوری مسئله غیرخطی به یک مسئله خطی تبدیل شده و با استفاده از تئوری کنترل خطی پارامترهای کنترلی برای دستیابی به عملکرد مطلوب، تعیین میشود. مسئله تعقیب مسیر بر با فرض ثابت بودن سرعت طولی ،رهبر با یک تغییر متغیر مستقل از زمان به برد طولی، یک مسئله کنترلی تک ورودی تک خروجی تعریف و کنترلر غیر خطی طراحی میشود؛ اما در طراحی هدایت پرواز آرایشی با فرض قابل کنترل بودن سرعت طولی تعقیب گرها در یک بازه محدود در مسئله کنترلی با یک سیستم دو ورودی -دو خروجی مواجه می باشیم. با فرض عدم وجود ارتباط مخابراتی بین رهبر و تعقیب گرها از یک مشاهده گر مود لغزشی مرتبه 2 برای تخمین حالت های مورد نیاز کنترلر پرواز آرایشی استفاده می.شود نتایج نشان میدهد که زمان نشست خطای تعقیب مسیر در هدایت غیر خطی پیشنهاد شده در حدود 30 نسبت به هدایت غیر خطی مبتنی بر هدایت ناوبری تناسبی کمتر است. همچنین، کنترلر طراحی شده برای پرواز آرایشی و مشاهده گر مود لغزشی عملکرد مناسبی در ایجاد پرواز آرایشی مورد نظر و تخمین حالت های مورد نیاز حتی در حضور نویز اندازه گیری دارد.

uav trajectory tracking and formation flight guidance based on feedback linearization and sliding mode observer

this paper proposes a guidance law design for trajectory tracking of a leader uav and formation flight of pursuer uavs. according to nonlinear kinematics for both problems, the feedback linearization theory has ben used. therefore, using this theory, the nonlinear problem has been transferred to a linear one and using the linear control theory the control parameters has been determined to achieve the desired performance. in the trajectory tracking problem, assuming a constant velocity leader, a change of the independent variable from the time to the downrange has been performed and the problem is transferred to a single input single output control problem, consequently, the controller is designed. in the formation flight problem, assuming pursuers with the bounded controllable velocity, we have a two input two output nonlinear system. supposing no communications between pursuers and the leader, a second order sliding mode observer is utilized to estimate the required states in formation flight controller. results show that the settling time of trajectory tracking error of the proposed nonlinear guidance law is almost 30% better than the nonlinear trajectory tracking controller based on the proportional navigation guidance law. also, the designed formation flight has a good performance in controlling the formation flight. also, the sliding mode observer is able to estimate the leader states even in the presence of noise.