Керування багатоагентною системою БПЛА під час транспортування великогабаритного вантажу
DOI:
https://doi.org/10.18372/1990-5548.89.21480Ключові слова:
безпілотні літальні апарати, багатоагентні системи, транспортування вантажів, координація, оптимізація, енергетична ефективність, коливальні процеси, математичне моделюванняАнотація
У статті розв’язано задачу транспортування великогабаритного вантажу в обмеженому просторі за допомогою багатоагентної системи безпілотних літальних апаратів. Синтезовано метод адаптивного гібридного керування, що поєднує релейний режим за швидкістю при великих кутах відхилення підвісу та лінійно-квадратичний регулятор (LQR) при малих кутах. Запропоновано математичну модель, яка враховує маятникову динаміку вантажу, натяг тросів, динаміку квадрокоптерів і обмеження на тягу та енергоресурси. Для збереження геометрії групи та розподілу навантаження інтегровано децентралізований протокол консенсусу з гістерезисним перемиканням. Оцінювання якості багатоагентної системи проводиться інтегральним показником, який включає механічну стійкість, споживання електроенергії та кут відхилення корисного навантаження для придушення коливань маятника для безпечного маневрування у вузьких просторах. Моделювання в середовищі MATLAB для групи з 4–8 БПЛА типу DJI M300 із вантажем 20–30 кг на параболічній траєкторії підтвердило високу ефективність підходу. Порівняно з PID та LQR регуляторами, запропонований підхід скоротив час перехідного процесу до 4.3 с, зменшив перерегулювання до 3% та знизив енерговитрати до 32 кДж. Метод забезпечує ефективне гасіння коливань і стабільність групи, що є актуальним для міської логістики, портової інфраструктури та розбору завалів.
Посилання
[1] V. Kumar and N. Michael, “Opportunities and challenges with autonomous micro aerial vehicles,” The International Journal of Robotics Research, vol. 31, no. 11, pp. 1279–1291, 2012. https://doi.org/10.1177/0278364912455954.
[2] S.-J. Chung, A. A. Paranjape, P. Dames, S. Shen, and V. Kumar, “A survey on aerial swarm robotics,” IEEE Transactions on Robotics, vol. 34, Issue 4, pp. 837–855, 2018. https://doi.org/10.1109/TRO.2018.2857475
[3] N. Michael, J. Fink and V. Kumar, “Cooperative manipulation and transportation with aerial robots,” Auton Robot, vol. 30, pp. 73–86, 2011. https://doi.org/10.1007/s10514-010-9205-0
[4] D. Mellinger, N. Michael, and V. Kumar, “Trajectory generation and control for precise aggressive maneuvers with quadrotors,” The International Journal of Robotics Research, vol. 31, Issue 5, pp. 1–13, 2012. https://doi.org/10.1177/0278364911434236
[5] R. Beard and T. McLain, Small Unmanned Aircraft: Theory and Practice. Princeton University Press, 2012. https://doi.org/10.1515/9781400835316
[6] R. Olfati-Saber, J. A. Fax, and R. M. Murray, “Consensus and Cooperation in Networked Multi-Agent Systems,” Proceedings of the IEEE, vol. 95, no. 1, pp. 215–233, 2007. https://doi.org/10.1109/jproc.2006.887293
[7] W. Ren and R. W. Beard, “Consensus seeking in multiagent systems under dynamically changing interaction topologies,” IEEE Trans. Autom. Control, vol. 50, no. 5, pp. 655–661, 2005. https://doi.org/10.1109/TAC.2005.846556
[8] M. Bernard, K. Kondak, I. Maza, and A. Ollero, “Autonomous transportation and deployment with aerial robots for search and rescue missions,” J. Field Robotics, vol. 28, pp. 914–931, 2011. https://doi.org/10.1002/rob.20401
[9] G. A. Cardona, D. Tellez-Castro, and E. Mojica-Nava, “Cooperative Transportation of a Cable-Suspended Load by Multiple Quadrotors,” IFAC-PapersOnLine, vol. 52, Issue 20, pp. 145–150, 2019. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2019.12.149.
[10] M Sharma. and S. Sundaram, “A geometric control approach for multi-UAV cooperative payload transfer,” Nonlinear Dyn, vol. 111, pp. 10077–10096, 2023. https://doi.org/10.1007/s11071-023-08346-5
[11] D. Sanalitro, H. J. Savino, M. Tognon, J. Cortés, and A. Franchi, “Full-Pose Manipulation Control of a Cable-Suspended Load With Multiple UAVs Under Uncertainties,” IEEE Robotics and Automation Letters, vol. 5, issue 2, 2020. https://doi.org/10.1109/LRA.2020.2969930
[12] Y. Tang, Y. Shou, B. Xu, and Z. Liu, “Consensus learning based coordinated formation control of multiple UAVs,” Chinese Journal of Aeronautics, vol. 39, Issue 2, pp. 103722, 2026. https://doi.org/10.1016/j.cja.2025.103722.
[13] L. Lanča, K. Jakac, and S. Ivić, “Probabilistic Modeling and Control for Multi-UAV Search Over Uneven Terrain,” IEEE Transactions on Robotics, vol. 42, pp. 418–438, 2025. https://doi.org/10.1109/TRO.2025.3645884
[14] A. Khamis, A. Hussein, and A. Elmogy, “Multi-robot Task Allocation: A Review of the State-of-the-Art,” In: Koubâa, A., Martínez-de Dios, J. (eds) Cooperative Robots and Sensor Networks 2015. Studies in Computational Intelligence, vol 604, Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-18299-5_2
[15] M. S. Graf, and V. P. Kvasnikov, “Information processing in the control system of an unmanned aerial vehicle,” System Research and Information Technologies, no. 4, pp. 59–65, 2019. https://doi.org/10.20535/srit.2308-8893.2019.4.06.
[16] M. Graf, and V. Kvasnikov, “The construction of the algorithm study based on the mathematical model of motion,” CEUR Workshop Proceedings, vol. 2105, pp. 235–242, 2018. URL: http://ceur-ws.org/Vol-2105/10000235.pdf.
[17] R. V. Petrosian, I. A. Pilkevych, and A. R. Petrosian, “Algorithm for optimizing a PID controller model based on a digital filter using a genetic algorithm,” CEUR Workshop Proceedings, vol. 3374, pp. 97–111, 2023. URL: https://ceur-ws.org/Vol-3374/paper07.pdf.
[18] D. V. Yanovsky, and M. S. Graf, “Methods for analyzing the effectiveness of information systems for inventory management,” Radio Electronics, Computer Science, Control, no. 3, pp. 224–232, 2024. https://doi.org/10.15588/1607-3274-2024-3-19.
[19] D. Kucherov, T. Shmelova, O. Poshyvailo, V. Tkachenko, I. Miroshnichenko, and I. Ogirko, "Mathematical Model of Damping of UAV Oscillations in the Payload Delivery Problem," 2023 IEEE 4th KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), Kharkiv, Ukraine, pp. 1–6, 2023. https://doi.org/10.1109/KhPIWeek61412.2023.10312855
[20] D. Kucherov, T. Shmelova, S. Dolgikh, O. Poshyvailo, I. Miroshnichenko, and S. Shaptala, "Consensus Protocols for Improved Survivability in Autonomous Groups of UAV," 2023 13th International Conference on Dependable Systems, Services and Technologies (DESSERT), Athens, Greece, 2023, pp. 1–7, https://doi.org/10.1109/DESSERT61349.2023.10416455
[21] D. P. Kucherov, G. Jiang, H. Liu, and M. Fu, “UAV group control protocol with adaptive consensus,” Int J Adapt Control Signal Process, vol. 38, no. 9, pp. 3177–3194, 2024. https://doi.org/10.1002/acs.3868
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Дмитро Павлович Кучеров , Марина Сергіївна Граф
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Науковий журнал "Електроніка та системи управління" дотримується принципів відкритого доступу (Open Access) та забезпечує вільний, негайний і постійний доступ до всіх опублікованих матеріалів без фінансових, технічних або юридичних обмежень для читачів.
Усі статті публікуються у відкритому доступі відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).
Авторські права
Автори, які публікують свої роботи в журналі ""Електроніка та системи управління":
-
зберігають за собою авторські права на свої публікації;
-
надають журналу право на перше опублікування статті;
-
погоджуються на поширення матеріалів за ліцензією CC BY 4.0;
-
мають право повторно використовувати, архівувати та поширювати свої роботи (у тому числі в інституційних та тематичних репозитаріях) за умови посилання на первинну публікацію в журналі.
