Coordinated Path-Following Control of Fixed-Wing Unmanned Aerial Vehicles

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作者
Hao Chen,Yirui Cong,Xiangke Wang,Xin Xu,Lincheng Shen
出处
期刊:IEEE transactions on systems, man, and cybernetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:52 (4): 2540-2554 被引量:53
标识
DOI:10.1109/tsmc.2021.3049681
摘要

This article investigates the problem of coordinated path following for fixed-wing unmanned aerial vehicles (UAVs) with speed constraints in the two-dimensional plane. The objective is to steer a fleet of UAVs along the path(s) while achieving the desired sequenced inter-UAV arc distance. In contrast to the previous coordinated path-following studies, we are able through our proposed hybrid control law to deal with the forward speed and the angular speed constraints of fixed-wing UAVs. More specifically, the hybrid control law makes all the UAVs work at two different levels: 1) those UAVs whose path-following errors are within an invariant set (i.e., the designed coordination set) work at the coordination level and 2) the other UAVs work at the single-agent level. At the coordination level, we prove that even with speed constraints, the proposed control law can make sure the path-following errors reduce to zero, while the inter-UAV arc distances converge to the desired value. At the single-agent level, analysis for the path-following error entering the coordination set is provided. We develop a hardware-in-the-loop simulation testbed of the multi-UAV system by using actual autopilots and the X-Plane simulator. The effectiveness of the proposed approach is corroborated with both numerical simulation and the testbed.

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