Fault Tolerant Control for Unmanned Aerial Vehicle Formation Based on Distributed Nonlinear Model Predictive Control

执行机构 模型预测控制 计算机科学 弹道 控制理论(社会学) 容错 非线性系统 组分(热力学) 避障 理论(学习稳定性) 非线性模型 避碰 控制工程 终端(电信) 人工神经网络 跟踪(教育) 集合(抽象数据类型) 障碍物 自适应控制 国家(计算机科学) 控制(管理) 故障检测与隔离 车辆动力学 功能(生物学) 碰撞 在线模型 工程类 控制系统 最优控制
作者
Jinghe Hu,Bin Xian,Peng Shao
出处
期刊:IEEE-ASME Transactions on Mechatronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-11
标识
DOI:10.1109/tmech.2026.3662905
摘要

This article proposes a new fault-tolerant obstacle avoidance and trajectory tracking strategy for unmanned aerial vehicle (UAV) formations. The proposed method integrates deep neural networks (DNNs) with distributed nonlinear model predictive control (DNMPC) to handle actuator faults and collision risks in complex environments. The DNNs serve as the primary component for fault-dynamics modeling and real-time compensation, which ensures the system's stability through adaptive weight updating. The DNMPC framework utilizes state information from neighbors to predict future states and compute optimal control inputs. This approach reduces computational and communication burdens and enables real-time operation. A terminal cost function and terminal set are designed to guarantee the system's stability. Comparative simulations and experimental results demonstrate that the proposed methodology improves the trajectory–tracking accuracy and formation-maintenance performance. The formation retains full tracking capability under actuator faults, which validates the approach's effectiveness and practicality in challenging environments.
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