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A Bio-Inspired Safety Control System for UAVs in Confined Environment With Disturbance

扰动(地质) 计算机科学 控制器(灌溉) 控制理论(社会学) 控制工程 机制(生物学) 摄动(天文学) 控制(管理) 工程类 人工智能 古生物学 哲学 物理 认识论 量子力学 农学 生物
作者
Kexin Guo,Cai Liu,Xiao Zhang,Xiang Yu,Youmin Zhang,Lihua Xie,Lei Guo
出处
期刊:IEEE transactions on cybernetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:54 (2): 1308-1320 被引量:4
标识
DOI:10.1109/tcyb.2022.3217982
摘要

This article presents a bio-inspired safety control scheme for unmanned aerial vehicles (UAVs) in confined environments with disturbance. Although there has been some existing research on the effect of disturbance for a single UAV, multi-UAV formation under external wind disturbances remains challenging, especially in a tight and confined environment. Inspired by nature, this study concentrates on an anti-disturbance mechanism for safe multi-UAV formation in a tight environment. The presented safety control system combines disturbance observer-based control (DOBC), bionic formation switching (BFS) strategy, and safety evaluation. Two safety issues are considered in this article. For a single UAV, the estimated disturbance is compensated in the inner-loop controller. While for multi-UAV formation, the BFS strategy attenuates the effect of external wind disturbance leveraging the formation configuration. The so-called group perturbation immune factor (GPIF) is designed to analyze and evaluate the safety of the overall formation. The experimental results validate the comprehensiveness and anti-disturbance capability of the system.
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