Unmanned aerial vehicles (UAVs) are reaching offshore. In this work, we formulate the novel problem of a marine locomotive quadrotor UAV, which manipulates the surge velocity of a floating buoy by means of a cable. The proposed robotic system can have a variety of novel applications for UAVs where their high speed and maneuverability, as well as their ease of deployment and wide field of vision, give them a superior advantage. In addition, the major limitation of limited flight time of quadrotor UAVs is typically addressed through an umbilical power cable, which naturally integrates with the proposed system. A detailed high-fidelity dynamic model is presented for the buoy, UAV, and water environment. In addition, a stable control system design is proposed to manipulate the surge velocity of the buoy within certain constraints that keep the buoy in contact with the water surface. Polar coordinates are used in the controller design process since they outperform traditional Cartesian-based velocity controllers when it comes to ensuring correlated effects on the tracking performance, where each control channel independently affects one control parameter. The system model and controller design are validated in numerical simulation under different wave scenarios.


翻译:无人驾驶飞行器(UAVs)正在抵达离岸。 在这项工作中,我们提出了海洋机车碎块仪(UAV)的新颖问题,它利用电缆操纵浮标的浮标的激增速度。拟议的机器人系统可以对无人驾驶飞行器(UAVs)有各种新的应用,因为无人驾驶飞行器的高速和可操作性很高,而且部署方便,视野宽广,因此这些飞行器具有优越性。此外,对于磁盘快速控制器的有限飞行时间的主要限制,通常通过直流动力电缆来解决,这种电缆自然地与拟议系统融合在一起。为浮标、UAVs和水环境提供了详细的高纤维动态模型。此外,还提议了稳定的控制系统设计,以便在使浮标与水面保持接触的某些限制条件下操纵浮标的快速速度。控制器设计过程使用了极地坐标,因为其超越了传统的喀尔泰斯速度控制器,因此在确保跟踪性能时,每个控制台都独立影响一个控制参数。系统模型和控制器的设计在不同的数字波情景下得到验证。

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