Estratégias de guiagem e cooperação de robôs aéreos sujeitos a restrições nas entradas e/ou nos estados

• Autor(a) principal: Tales Argolo Jesus
• Data de Publicação: 2013
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9GAHBW
• topic: Engenharia Elétrica; Robótica; Engenharia elétrica

Nesta tese é abordado o problema de coordenação de sistemas multiagente com ênfase em aplicações a sistemas de múltiplos Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) de asas fixas. São propostas duas estratégias de coordenação descentralizadas. Na primeira estratégia, a tarefa completa a ser realizada é dividida em três estágios: (i) cada VANT deve rastrear um círculo paralelo ao plano xy em uma dada altitude (altitudes diferentes para VANTs diferentes); (ii) os VANTs devemse distribuir de tal forma que suas projeções sobre o plano xy estejam igualmente espaçadas ao longo de um círculo; (iii) cada VANT converge para a mesma altitude a fim de rastrear o mesmo círculo. A principal contribuição desse trabalho está nas provas matemáticas da estratégia proposta para um dado modelo de VANT. Considera-se a presença de limites mínimo e máximo no comando de velocidade de translação, limite máximo no valor absoluto da velocidade angular de guinada, limite máximo no valor absoluto da taxa de variação de altitude, dinâmica de segunda ordem e uma restrição não holonômica. São apresentadas garantias de estabilidade e de evitamento de colisão durante a realização de toda a tarefa, incluindo-se as transições entre os estágios, sem violação das restrições. Em seguida, propõe-se uma lei de controle que leva em conta a presença de incertezas de modelo na tarefa de rastreamento de um círculo executada por um único VANT, tendo por inspiração a lei de controle baseada em campos vetoriais proposta no primeiro estágio da primeira estratégia. São apresentadas garantias matemáticas de que o robô aéreo é capaz de convergir para uma região limitada e de tamanho conhecido que contém o círculo alvo. Na segunda estratégia, é atacado o problema de consenso de integradores duplos com restrições de velocidade e com uma velocidade de referência de grupo constante. Em comparação com trabalhos anteriores, essa abordagem é diferente em três aspectos: (i) a lei de controle de um agente não depende das velocidades ou das acelerações dos vizinhos, mas apenas das posições dos vizinhos e da velocidade do próprio agente; (ii) as restrições não são simétricas; (iii) a velocidade é restrita, mas não a aceleração. Propõe-se uma estratégia de controle descentralizado com a topologia de vizinhos descrita por um grafo de interação não-direcionado e conectado. São apresentadas garantias matemáticas de convergência sem violação das restrições. Tal abordagem pode ser aplicada ao problema de se fazer com que n VANTs, cada um viajando em linha reta e distribuídos em faixas paralelas e adjacentes, percorram uma área retangular com velocidade constante e pareados lado a lado, sem violar as restrições de velocidade. Todos os resultados apresentados nesta tese são ilustrados por meio de simulações numéricas.