کنترل آرایش گروهی بهینه پرنده های بدون سرنشین با قید عدم برخورد و دینامیک ناشناخته

این مقاله رویکرد آموزش توزیع شده ای را برای سیستمی با چند پرنده بدون سرنشین غیرخطی و ناهمگن، جهت حل مسئله کنترل آرایش گروهی ایمن و بهینه ارائه می نماید. هدف کنترل، تضمین ایمنی در حین دستیابی به عملکرد مطلوب است. برای این منظور دو کنترل کننده موقعیت و زاویه به صورت سری در نظر گرفته شده است. ابتدا، طراحی کنترل آرایش گروهی بهینه به عنوان عملکرد بهینه در کنترل موقعیت تعریف شده و توسط تابع هزینه مدل سازی می شود. در این مقاله، از طریق ادغام توابع هزینه با توابع کنترل مانع (Control Barrier Function (CBF)) محلی، مسائل بهینه سازی توزیع شده جدیدی معرفی می گردد. وجود CBF محلی در تابع هزینه افزوده موجب تضمین ایمنی در کنترل موقعیت شده و درنتیجه برخوردی در طول مسیر پرنده ها رخ نمی دهد. درروش ارائه شده، کنترل کننده های ایمن و بهینه موقعیت از حل مسائل بهینه سازی نامقید به جای مسائل بهینه سازی مقید به دست می آیند. در مرحله بعد، از کنترل موقعیت مجازی حاصل، زوایای مرجع به دست می آید. ردیابی بهینه این زوایا به عنوان عملکرد مطلوب در کنترل زاویه در نظر گرفته شده و با تابع هزینه مرتبط مدل سازی می شود. درنهایت، پایداری و ایمنی کنترل کننده های پیشنهادی اثبات می شود. این سیاست های بهینه و ایمن با استفاده از الگوریتم های یادگیری تقویتی چندعاملی (Multi-agent Reinforcement Learning (MARL)) خارج از سیاست، طراحی شده و به دانشی از دینامیک پرنده ها نیاز ندارد. الگوریتم های پیشنهادی از طریق شبیه سازی مسئله کنترل آرایش گروهی ۶ پرنده با قید عدم برخورد ارزیابی می شوند.

کلیدواژه ها:

پرنده بدون سرنشین ، سیستم چندعاملی ، کنترل آرایش گروهی ، یادگیری تقویتی ایمن ، یادگیری تقویتی مستقل از مدل