Most of the existing path-following navigation algorithms cannot guarantee global convergence to desired paths or enable following self-intersected desired paths due to the existence of singular points where navigation algorithms return unreliable or even no solutions. One typical example arises in vector-field guided path-following (VF-PF) navigation algorithms. These algorithms are based on a vector field, and the singular points are exactly where the vector field diminishes. In this paper, we show that it is mathematically impossible for conventional VF-PF algorithms to achieve global convergence to desired paths that are self-intersected or even just simple closed (precisely, homeomorphic to the unit circle). Motivated by this new impossibility result, we propose a novel method to transform self-intersected or simple closed desired paths to non-self-intersected and unbounded (precisely, homeomorphic to the real line) counterparts in a higher-dimensional space. Corresponding to this new desired path, we construct a singularity-free guiding vector field on a higher-dimensional space. The integral curves of this new guiding vector field is thus exploited to enable global convergence to the higher-dimensional desired path, and therefore the projection of the integral curves on a lower-dimensional subspace converge to the physical (lower-dimensional) desired path. Rigorous theoretical analysis is carried out for the theoretical results using dynamical systems theory. In addition, we show both by theoretical analysis and numerical simulations that our proposed method is an extension combining conventional VF-PF algorithms and trajectory tracking algorithms. Finally, to show the practical value of our proposed approach for complex engineering systems, we conduct outdoor experiments with a fixed-wing airplane in windy environment to follow both 2D and 3D desired paths.


翻译:大部分现有的遵循路径的导航算法无法保证全球趋同到理想路径, 也无法保证全球趋同到自相交错路径, 或者能够遵循自相交错路径, 因为存在导航算法返回不可靠甚至没有解决方案的奇点。 一个典型的例子出现在矢量- 向导路径跟踪( VF- PF) 导航算法中。 这些算法基于矢量字段, 而奇点恰恰是矢量字段缩小的地方。 在本文中, 我们显示常规的VF- PF 算法不可能在数学上实现全球趋同到自相交错甚至简单封闭的预点( 精确地、 原地向单位圆圈返回) 。 基于这一新不可能的结果, 我们提出了一个全新的向向外方向或简单封闭的向导路径转换自相解路径( VF- PF ) 。 新的向导路径的直径向轨法, 我们的直径向直径直径直路径直路径直径直径直的直路徑和直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径向上。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
75+阅读 · 2020年7月26日
深度强化学习策略梯度教程,53页ppt
专知会员服务
176+阅读 · 2020年2月1日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
167+阅读 · 2019年10月11日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
IEEE | DSC 2019诚邀稿件 (EI检索)
Call4Papers
10+阅读 · 2019年2月25日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
spinningup.openai 强化学习资源完整
CreateAMind
6+阅读 · 2018年12月17日
视觉机械臂 visual-pushing-grasping
CreateAMind
3+阅读 · 2018年5月25日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
强化学习 cartpole_a3c
CreateAMind
9+阅读 · 2017年7月21日
Arxiv
0+阅读 · 2021年12月17日
VIP会员
相关VIP内容
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
75+阅读 · 2020年7月26日
深度强化学习策略梯度教程,53页ppt
专知会员服务
176+阅读 · 2020年2月1日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
167+阅读 · 2019年10月11日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
IEEE | DSC 2019诚邀稿件 (EI检索)
Call4Papers
10+阅读 · 2019年2月25日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
spinningup.openai 强化学习资源完整
CreateAMind
6+阅读 · 2018年12月17日
视觉机械臂 visual-pushing-grasping
CreateAMind
3+阅读 · 2018年5月25日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
强化学习 cartpole_a3c
CreateAMind
9+阅读 · 2017年7月21日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员