原文信息
基于终端滑模控制的抗饱和安全编队控制方法
Safe affine formation using terminal sliding mode control with
input constraints
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https://doi.org/10.1049/cth2.12692
编队控制是自主多运动体系统领域的一项基本任务。为了控制一组运动体以期望的编队队形连续机动，本文研究了具有扰动、输入约束和安全保证的有限时间仿射编队控制问题。本文采用了非奇异终端滑模控制（NTSMC）和辅助系统，实现了所有跟随者在输入约束条件下有限时间收敛到期望位置。为了减轻集总扰动的影响，采用有限时间扰动观测器（FTDO）来估计扰动并补偿其影响。基于FTDO、辅助系统和NTSMC，提出了一种有限时间鲁棒控制器作为标称控制器。采用控制屏障函数修正标称控制器确保了编队系统在障碍物环境中的安全问题。最后，通过仿真和实际实验验证了所提方法的有效性和可行性。
正文导读
多运动体系统的使用在各种场景中都变得普遍，包括监视、勘探、协同运输等。这些应用实现的一个根本挑战是编队控制问题。在本文中，我们将编队控制分解为编队形状控制和机动控制两个子任务组成。基于此，本文重点研究了有限时间仿射编队机动控制方法，用于解决多无人机在编队运动过程中输入饱和、扰动和环境障碍物等问题。
（1）本文开发了一种新型鲁棒非奇异终端滑模控制方法用于解决快速仿射编队问题，该方法使用有限时间干扰观测器来估计干扰，并使用辅助系统来抵消输入饱和的影响。基于所提出的控制方法，仿射编队系统补偿了出现的输入饱和并在有限时间内实现了动态仿射编队跟踪。与其他现有的终端滑模编队控制器相比，所提出的控制器的非奇异和抗干扰特性使其更适合实际的物理仿射编队系统。
（2）为了应对编队过程中个体之间防撞和避障的挑战，本文采用了实时二次规划方法，将个体之间的避障和防撞描述为两组不同的障碍函数，有效地平衡了障碍物密集环境中仿射队形中安全性和性能目标的冲突。通过这种方法，编队系统可在尽量保持所需队形的同时安全穿越复杂环境。
（3）本文提出的方法的有效性和可行性已通过模拟和实物实验得到验证，并成功部署于自主开发scit-mini 小型无人机集群系统。实物实验的视频可在https://youtu.be/5eBN9m22Nww 线上查阅。
本文提出方法结构图和仿真结果如下所示：
作者简介
王常虹： 文章通讯作者 哈尔滨工业大学教授，1983年、1986年、1991年分别获得哈尔滨工业大学控制理论及应用专业学士学位、硕士学位和博士学位。主要研究方向为智能无人系统自主导航与控制、半球谐振陀螺仪及导航系统、惯导系统测试及仿真设备、智能控制理论及应用。
刘博： 文章第一作者 哈尔滨工业大学航天学院空间控制与惯性技术研究中心在读博士生，2017年获得哈尔滨工业大学控制科学与工程学士学位，主要研究方向为智能无人系统自主导航与控制、分布式无人机编队规划与控制、多源自主导航。
期刊简介
IET Control Theory & Applications 是金色开放获取期刊，发表关于创新或现有的控制方法的理论和应用研究、主题评论和教程。该刊目前已被SCIE, Scopus, EI,INSPEC等数据库收录。
2023 CiteScore (Scopus): 5.7
2023 Journal Citation Indicator (Clarivate): 0.56
2023 Journal Impact Factor (Clarivate): 2.2
期刊主页
https://ietresearch.onlinelibrary.wiley.com/journal/17518652
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