UAV-Pfadplanung unter Verwendung der Methode des künstlichen Potentialfeldes, aktualisiert durch die optimale Steuerungstheorie

Das Problem der UAV-Pfadplanung ist eine wichtige Aufgabe in der UAV-Missionsplanung. Basierend auf der Methode der künstlichen Potentialfelder (APF) wird es in ein Problem der eingeschränkten Optimierung umformuliert, indem eine zusätzliche Steuerkraft eingeführt wird. Das eingeschränkte Optimierungsproblem wird in dieses Papier mithilfe von Schlupfvariablen in ein unbeschränktes Optimierungsproblem übersetzt. Die Methode der funktionalen Optimierung wird angewendet, um dieses Problem in ein Optimierungsproblem zu reformulieren. Der gesamte Transformationsprozess wird detailliert abgeleitet, basierend auf einem diskreten UAV-Dynamikmodell. Anschließend wird das Pfadplanungsproblem mithilfe der optimalen Steuerungsmethode gelöst. Der Pfadverlauf basiert auf dem Simulationsmodell mit sechs Freiheitsgraden der Quadrokopter-Helikopter und dient dazu, die Praktikabilität dieser Methode zu überprüfen. Schließlich zeigen die Simulationsergebnisse, dass die verbesserte Methode effektiver bei der Pfadplanung ist. Im Planungsraum ist die Länge des berechneten Pfades kürzer und gleichmäßiger als bei der Verwendung der traditionellen APF-Methode. Darüber hinaus kann die verbesserte Methode das Problem des Stillstands effektiv lösen.