هدایت و کنترل توزیع شدة شبکه پهپادها

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه پدافند هوایی خاتم الانبیاء(ص)

2 مربی، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه پدافند هوایی خاتم الانبیاء (ص)

3 دانشگاه صنعتی سهند

چکیده

توانایی کنترل و هدایت پهپادها، به‌عنوان یکی از ابزارهای مدرن فناوری در ارتباط با سامانه‌های هوافضایی، به اولویت‌ مهمی در حوزه پدافند هوایی هر کشوری مبدل شده است. در این مقاله، گروهی از پهپادهای شبکه شده که با هماهنگی یکدیگر اهداف مشخصی را دنبال می‌کنند، در نظر گرفته شده­اند. پهپادها در حین مأموریت با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند و به تبادل اطلاعات مهمی مانند سرعت و مکان خود با اعضای دیگر موجود در شبکه می‌پردازند. کنترل‌کننده طراحی شده برای این منظور، به‌صورت توزیع شده طراحی شده است. با توجه به ماهیت شبکه بودن سامانه، برای پیاده کردن ساختار شبکه و همچنین کاهش حجم محاسبات از الگوریتم­ بهینه‌سازی توزیع شده و همچنین از کنترل پیش‌بین استفاده شده است. در اینجا چالش­هایی نظیر حفظ آرایش مطلوب، تأخیر ارتباطی در شبکه و مصرف بهینة انرژی، برای رسیدن به هدف در حین عملیات مطرح می­شوند، که لازم است کنترل‌کننده طراحی شده با وجود موارد ذکر شده عملکرد مطلوبی داشته باشد. در نهایت برای بررسی و نشان دادن عملکرد مطلوب کنترل‌کننده طراحی شده، شبیه‌سازی‌ها‌یی در نرم‌افزار متلب انجام می‌شوند. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهند که روش پیشنهادی با وجود چالش‌های ذکر شده در سامانه‌های شبکه شده، نرخ همگرایی و مقدار قابل تحمل تأخیر زمانی بهتری نسبت به روش‌های مشابه قبلی دارد.

کلیدواژه‌ها


[1]     M. A. Goodrich, B. S. Morse, C. Engh, J. L. Cooper, and J. A. J. I. S. Adams, “Towards using unmanned aerial vehicles (UAVs) in wilderness search and rescue: Lessons from field trials,” vol. 10, no. 3, pp. 453-478, 2009.##

[2]             S. J. A. P. Bartczak, “Identifying barriers to knowledge management in the United States military,” p. 343, 2002.##

[3]             X. Ge, F. Yang, and Q.-L. J. I. S. Han, “Distributed networked control systems: A brief overview,” vol. 380, pp. 117-131, 2017.##

[4]             W. Ren, “Consensus seeking, formation keeping, and trajectory tracking in multiple vehicle cooperative control,” 2004.##

[5]             Q. Yang, M. Cao, H. G. de Marina, H. Fang, J. J. S. Chen, and C. Letters, “Distributed formation tracking using local coordinate systems,” vol. 111, pp. 70-78, 2018.##

[6]             H. Yu, P. Shi, C.-C. Lim, and D. Wang, “Formation control for multi-robot systems with collision avoidance,” International Journal of Control, pp. 1-12, 2018.##

[7]             J. Qin, Q. Ma, Y. Shi, and L. J. I. T. o. I. E. Wang, “Recent advances in consensus of multi-agent systems: A brief survey,” vol. 64, no. 6, pp. 4972-4983, 2017.##

[8]             K.-K. Oh, M.-C. Park, and H.-S. J. A. Ahn, “A survey of multi-agent formation control,” vol. 53, pp. 424-440, 2015.##

[9]             M. Peymankar, P. Ranjbar, A. Izadipour  and S. Balouchian, “Modelling and Solving the Location Problem of Fire Launching Sites %J Electronic and Cyber Defense,” vol. 6, no. 3, pp. 45-57, 2018.##

[10]          A. Nedic and A. Ozdaglar, “Distributed Subgradient Methods for Multi-Agent Optimization,” IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 54, no. 1, pp. 48-61, 2009.##

[11]          I. Lobel and A. Ozdaglar, “Distributed subgradient methods for convex optimization over random networks,” IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 56, no. 6, pp.   1291-1306, 2011.##

[12]          H. Terelius, U. Topcu, and R. M. Murray, “Decentralized multi-agent optimization via dual decomposition,” IFAC Proceedings Volumes, vol. 44, no. 1, pp. 11245-11251, 2011.##

[13]          F. Farokhi, I. Shames, and K. H. Johansson, “Distributed MPC via dual decomposition and alternative direction method of multipliers, in Distributed model predictive control made easy: Springer, 2014, pp. 115-131.##

[14]          G. N. Droge, “Behavior-based model predictive control for networked multi-agent systems,” Georgia Institute of Technology, 2014.##

[15]          J.-P. Richard, “Time-delay systems: an overview of some recent advances and open problems,” automatica, vol. 39, no. 10, pp. 1667-1694, 2003.##

[16]          M. G. Rabbat and R. D. Nowak, “Quantized incremental algorithms for distributed optimization,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 23, no. 4, pp.     798-808, 2005.##

[17]          S.-I. Niculescu, “Delay effects on stability: a robust control approach,” Springer Science & Business Media, 2001.##

[18]          W. Xu, J. Cao, M. Xiao, D. W. Ho, and G. Wen, “A new framework for analysis on stability and bifurcation in a class of neural networks with discrete and distributed delays,” IEEE transactions on cybernetics, vol. 45, no. 10, pp.     2224-2236, 2015.##

[19]          J. Li, G. Li, Z. Wu, and C. J. O. L. Wu, “Stochastic mirror descent method for distributed multi-agent optimization,” vol. 12, no. 6, pp. 1179-1197, 2018.##

[20] 

129

        T. Hatanaka, N. Chopra, T. Ishizaki, and N. J. I. T. o. A. C. Li, “Passivity-based distributed optimization with communication delays using PI consensus algorithm,” vol. 63, no. 12, pp. 4421-4428, 2018.##

[21]          S. Yang, Q. Liu, J. J. I. T. S. Wang, Man, and C. Systems, “Distributed Optimization Based on a Multiagent System in the Presence of Communication Delays,” vol. 47, no. 5, pp. 717-728, 2017.##

[22]          M. R. Davoodi et al., “An Overview of Cooperative and Consensus Control of Multiagent Systems,” pp. 1-35, 1999.##

[23]          A. Abdessameud and A. J. A. Tayebi, “Formation control of VTOL unmanned aerial vehicles with communication delays,” vol. 47, no. 11, pp. 2383-2394, 2011.##

[24]          J. Zhou, Q. Hu, Y. Zhang, and G. Ma, “Decentralised adaptive output feedback synchronisation tracking control of spacecraft formation flying with time-varying delay,” IET Control Theory & Applications, vol. 6, no. 13, pp.         2009-2020, 2012.##

[25] 

129

R. Wang and J. J. C. J. o. A. Liu, “Adaptive formation control of quadrotor unmanned aerial vehicles with bounded control thrust,” vol. 30, no. 2, pp. 807-817, 2017.##

[26]          Y. Zou, Z. Zhou, X. Dong, and Z. J. I. A. T. o. M. Meng, “Distributed formation control for multiple vertical takeoff and landing UAVs with switching topologies,” vol. 23, no. 4, pp. 1750-1761, 2018.##

[27]          P. Lin, W. Ren, and Y. J. A. Song, “Distributed multi-agent optimization subject to nonidentical constraints and communication delays,” vol. 65, pp. 120-131, 2016.##

[28]          D.-H. Kim and J.-H. Kim, “A real-time limit-cycle navigation method for fast mobile robots and its application to robot soccer,” Robotics and Autonomous Systems, vol. 42, no. 1, pp. 17-30, 2003.##