UAV-Pfadplanung mit der Methode der künstlichen Potentialfelder, aktualisiert durch die optimale Steuerungstheorie

Das Problem der UAV-Pfadplanung (unbemanntes Luftfahrzeug) ist eine wichtige Aufgabe in der UAV-Missionsplanung. Basierend auf der Methode der künstlichen Potentialfelder (APF) wird es in ein eingeschränktes Optimierungsproblem umformuliert, indem eine zusätzliche Steuerkraft eingeführt wird. Das eingeschränkte Optimierungsproblem wird in ein ungeitigstes Optimierungsproblem mit Hilfe von Schlupfvariablen in diesem Papier übersetzt. Die funktionale Optimierungsmethode wird angewendet, um dieses Problem in ein optimales Steuerungsproblem umzuwandeln. Der gesamte Transformationsprozess wird im Detail anhand eines diskreten UAV-Dynamikmodells abgeleitet. Anschließend wird das Pfadplanungsproblem mit Hilfe der optimalen Steuerungsmethode gelöst. Der Pfadverlauf basierend auf dem Simulationsmodell mit sechs Freiheitsgraden der Quadrotor-Helikopter wird eingeführt, um die Praktikabilität dieser Methode zu überprüfen. Schließlich zeigen die Simulationsergebnisse, dass die verbesserte Methode effektiver bei der Planung von Pfaden ist. Im Planungsraum ist die Länge des berechneten Pfades kürzer und glatter als die mit der traditionellen APF-Methode. Darüber hinaus kann die verbesserte Methode das Problem der Totpunkte effektiv lösen.