طراحي سيستم هدايت و كنترل پيش‌بين مدل براي رديابي اهداف زميني مانورپذير و فريبنده توسط يك هگزاروتور در فضاي سه بعدي

Designing a predictive guidance and control system for maneuverable ground moving target tracking in 3D space using a Hexarotor

در اين مقاله تداوم رديابي اهداف زميني متحرك توسط هگزاروتور در شرايط وجود تغيير جهت هاي ناگهاني و حركات فريبنده هدف، خروج از ديد موقت و همچنين تغييرات ارتفاع آن مورد توجه قرار گرفته است. براي اين منظور يك سيستم هدايت و كنترل پيش‌بين مدل سلسه مراتبي براي رديابي هدف در محيط داراي اغتشاشات ناشناخته و ناهموار بكار گرفته شده است. در حلقه دروني اين سيستم، كنترل‌كننده پيش بين مقيدي براي دفع اغتشاشات محيطي و همچنين تضمين پايداري در رديابي هدف زميني سريع با لحاظ محدوديت هاي ديناميكي هگزاروتور بكار گرفته شده است. حلقه بيروني با استفاده از امكان تغيير ارتفاع پرنده، رديابي هدف متحرك زميني را با لحاظ امكان تغيير جهت هاي ناگهاني و خروج از ديد موقت برعهده دارد. همچنين كنترل‌كننده تلاش كنترلي را در شرايطي كه هدف با حركات فريبنده سعي در كاهش سطح انرژي هگزاروتور و كاهش مداومت پروازي آن دارد، كمينه مي نمايد. براي اطمينان از عملكرد سيستم پيشنهادي به كمك تعريف يك تابع هزينه پايانه‌اي، پايداري حلقه بسته سيستم تضمين شده است. نتايج شبيه سازي و اثبات پايداري نشان‌دهنده توانايي بالا و بهينه كنترل كننده پيشنهادي در رديابي هدف زميني متحرك مانورپذير بر روي يك سطح ناهموار و در حضور اغتشاشات محيطي است.

In this paper, the continuity of tracking a ground moving target using a Hexarotor is considered in the presence of sudden changes in direction, deceptive movements, temporary departure from the field of view (FOV) and changes in the height of the target. In this regard, a hierarchical guidance and control system for target tracking problem in an unknown environment and disturbances is proposed. In the inner loop, a constrained model predictive controller is designed to eliminate the environmental disturbances and also to ensure the stability against the rapid movement of the target considering the constraints on the dynamic of the Hexarotor. In the outer loop of the controller, the ability of the Hexarotor in changing its height helps the Hexarotor to preserve the ground moving target despite the sudden changes in the target direction and its temporal exitance from the field of view. Also, the controller provides an optimized control effort in a situation where the target attempts to reduce the energy level and endurance of the Hexarotor. In order to ensure the performance of the proposed system, the stability of the closed-loop system is guaranteed by defining a final state penalty function. The simulation results show the effectiveness of the proposed controller in ground moving target tracking in the presence of the environmental disturbances, the variation of the target altitude, and the deceptive movement of the target.