GTO-MPC-Based Target Chasing Using a Quadrotor in Cluttered Environments

混蛋 计算机科学 弹道 平滑度 控制理论(社会学) 模型预测控制 避碰 人工智能 控制(管理) 数学 碰撞 经典力学 加速度 物理 数学分析 计算机安全 天文
作者
Lele Xi,Xinyi Wang,Lei Jiao,Shupeng Lai,Zhihong Peng,Ben M. Chen
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:69 (6): 6026-6035 被引量:22
标识
DOI:10.1109/tie.2021.3090700
摘要

This article addresses the challenging problem of chasing an escaping target using a quadrotor in cluttered environments. To tackle these challenges, we propose a guided time-optimal model predictive control (GTO-MPC)-based practical framework to generate chasing trajectories for the quadrotor. A jerk limited approach is first adopted to find a time-optimal jerk limited trajectory (JLT), an initial reference for the quadrotor to track, without taking into account surrounding obstacles and potential threats. An MPC-based replanning framework is then applied to approximate the JLT together with the consideration of other issues such as flight safety, line-of-sight maintenance, and deadlock avoidance. Combined with a neural network, the proposed GTO-MPC framework can efficiently generate chasing trajectories that guarantee flight smoothness and kinodynamic feasibility. Our simulation and actual experimental results show that the proposed technique is highly effective.
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