基于障碍李雅普诺夫函数与规定性能的四旋翼无人机安全导航控制

《Drones》：Adaptive Predefined-Time Collision Avoidance Control for Unmanned Aerial Vehicle Using Lyapunov Functions

　　

摘要

本文聚焦于四旋翼无人机在障碍物相关安全约束和用户指定预设时间内的规定跟踪性能下的安全导航问题。通过将障碍李雅普诺夫函数（BLF）与误差平移变换集成到平移控制机制中，开发了一种新颖的控制策略，确保飞行器在避开潜在障碍物周围构建的安全球的同时，被引导至目标位置。该方法有效处理任意初始条件，并在预定义边界内保持安全操作。此外，通过将规定性能机制与时变性能函数及反步技术相结合，所提方法允许设计者预先指定性能界达成时间 ??0 和终端跟踪误差界 ????0。对于所分析的平移闭环子系统，所有信号均有界，并且理论上证明跟踪误差进入集合 的时间不晚于 。采用所设计的控制器后，所分析的平移闭环子系统中的所有信号均有界，并且理论上证明输出跟踪误差进入用户定义的预设集合的时间不晚于性能界达成时间 。仿真研究验证了所设计控制器在实现期望性能指标方面的有效性。