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Multi-UAV Safe Collaborative Transportation Based on Adaptive Control Barrier Function

控制理论(社会学) 计算机科学 李雅普诺夫函数 控制器(灌溉) 自适应控制 参数统计 非线性系统 控制工程 二次规划 控制(管理) 数学优化 工程类 数学 人工智能 统计 物理 生物 量子力学 农学
作者
Zhijun Wang,Tengfei Hu,Lijun Long
出处
期刊:IEEE transactions on systems, man, and cybernetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:53 (11): 6975-6983 被引量:49
标识
DOI:10.1109/tsmc.2023.3292810
摘要

This article focuses on the problem of adaptive safe stabilization for a class of nonlinear control affine systems with parameter uncertainties. Two novel definitions of adaptive control Lyapunov function (ACLF) and adaptive control barrier function (ACBF) are first introduced, which use multiple identification models combined with a logic switching mechanism for parameter adaptation. The switching mechanism can improve the transient performance of nonlinear systems. Also, a multiunmanned aerial vehicle (multi-UAV) safe collaborative transportation framework based on ACLF and ACBF is provided in the presence of parametric uncertainties, in which a nominal controller is derived by using the proposed ACLF with a quadratic programming (QP) algorithm, and the nominal controller is further modified by the ACBF-QP algorithm for safety filter to achieve adaptive safe stabilization. Finally, simulation results for safe collaborative transportation of dual unmanned aerial vehicles in three-dimensional space are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed design approach.
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