Reach-Avoid Control Synthesis for a Quadrotor UAV with Formal Safety Guarantees
Notice bibliographique
Résumé
Reach-avoid specifications are one of the most common tasks in autonomous aerial vehicle (UAV) applications. Despite the intensive research and development associated with control of aerial vehicles, generating feasible trajectories though complex environments and tracking them with formal safety guarantees remain challenging. In this paper, we propose a control framework for a quadrotor UAV that enables accomplishing reach-avoid tasks with formal safety guarantees. In this proposed framework, we integrate geometric control theory for tracking and polynomial trajectory generation using Bezier curves, where tracking errors are accounted for in the trajectory synthesis process. To estimate the tracking errors, we revisit the stability analysis of the closed-loop quadrotor system, when geometric control is implemented. We show that the tracking error dynamics exhibit local exponential stability when geometric control is implemented with any positive control gains, and we derive tight uniform bounds of the tracking error. We also introduce sufficient conditions to be imposed on the desired trajectory utilizing the derived uniform bounds to ensure the well-definedness of the closed-loop system. For the trajectory synthesis, we present an efficient algorithm that enables constructing a safe tube by means of sampling-based planning and safe hyper-rectangular set computations. Then, we compute the trajectory, given as a piecewise continuous Bezier curve, through the safe tube, where a heuristic efficient approach that utilizes iterative linear programming is employed. We present extensive numerical simulations with a cluttered environment to illustrate the effectiveness of the proposed framework in reach-avoid planning scenarios.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».