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通过张力-推力馈前实现被动容错:多无人机悬挂负载在突发缆断下的混合输入-状态稳定性

机器人学 2026-05-08 v1 最优化与控制

摘要

多无人机悬挂负载突发缆断会重新分配负载并改变主动约束集,留下有限的时间进行故障诊断和重新配置。现有控制器依赖于协调力分配、对等状态交换或固定缆拓扑,因此缺乏针对未提前通知的缆断的认证性去中心化恢复机制。我们提出一种被动体系结构,将每个车辆测量的缆力直接路由到其高度推力命令中,Tiff=TiT_i^{\mathrm{ff}}=T_i,同时采用围绕比例-微分、抗摆动和投影级联的结构保持局部跟踪可行性。主要贡献是一种条件混合实际输入-状态稳定性证书,将松紧缆约束受限、bounded post-severance Lyapunov 跳变、故障间衰减和每个故障周期收缩 ρ(0,1)\rho \in (0,1) 合成为在给定执行器、松紧和停留假设下的显式恢复包围。我们在 Drake 多刚体仿真中使用 5 辆车辆、10 kg 负载、Kelvin-Voigt 缆索、Dryden 风以及单缆断和双缆断方案进行验证:闭环系统实现 0.312-0.328 m RMSE,76.1-95.2 mm 峰值 sag,并在一个有效载荷摆动周期内恢复。禁用该身份会使巡航误差增加 34-39%,峰值 sag 增加 3.6 倍-4.0 倍,确认在测试的去中心化级联中,局部张力馈前是主要的被动恢复机制。

关键词

引用

@article{arxiv.2605.05339,
  title  = {Passive Fault Tolerance through Tension-to-Thrust Feed-Forward: Hybrid Input-to-State Stability for Decentralized Multi-UAV Slung-Load Transport under Abrupt Cable Severance},
  author = {Hadi Hajieghrary and Paul Schmitt},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2605.05339},
  year   = {2026}
}

备注

Submitted for review at IEEE Transactions on Control Systems Technology For the paper and simulation code see: https://github.com/Hadi-Hajieghrary/Tether_Grace.git