Xây dựng thuật toán điều khiển quỹ đạo và bám mục tiêu di động mặt đất cho UAV cánh bằng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ PHẠM THỊ PHƯƠNG ANH XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN QUỸ ĐẠO VÀ BÁM MỤC TIÊU DI ĐỘNG MẶT ĐẤT CHO UAV CÁNH BẰNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ PHẠM THỊ PHƯƠNG ANH XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN QUỸ ĐẠO VÀ BÁM MỤC TIÊU DI ĐỘNG MẶT ĐẤT CHO UAV CÁNH BẰNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hoá Mã số : 52 02 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Nguyễn Vũ TS Phan Tương Lai HÀ NỘI - 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các kết nghiên cứu trình bày nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác, liệu tham khảo trích dẫn đầy đủ Nghiên cứu sinh Phạm Thị Phương Anh ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Vũ, người hướng dẫn khoa học TS Phan Tương Lai người hướng dẫn thứ hai, tận tình hướng dẫn, nội dung cần giải đóng góp ý kiến quý báu để tơi hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Thủ trưởng Viện Khoa học Công nghệ quân sự, huy Viện Tự động hóa KTQS đồng nghiệp ln tạo điều kiện, động viên, quan tâm giúp đỡ hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo tập thể Phòng Đào tạo/ Viện Khoa học Công nghệ quân quan tâm giúp đỡ tơi q trình thực luận án Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn tồn thể gia đình bạn bè ln thơng cảm, động viên, giúp đỡ chia sẻ với suốt thời gian thực luận án Nghiên cứu sinh Phạm Thị Phương Anh iii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT………………………… DANH MỤC CÁC BẢNG ……………………………………………… DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ …………………………………………… MỞ ĐẦU……………………………………………………………… CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ UAV VÀ ĐIỀU KHIỂN UAV……… 1.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển UAV…………………… 1.2 Các vòng điều khiển hệ thống điều khiển bay……… 1.3 Phương trình động học điều khiển quỹ đạo UAV……… 1.4 Điều khiển quỹ đạo UAV……………………………… 1.4.1 Thuật toán bám theo điểm ngắm ảo………………………………… 1.4.2 Thuật toán điều khiển quỹ đạo phi tuyến…………………………… 1.4.3 Thuật toán bám theo đường dựa luật ngắm thẳng vào đích đến dẫn theo đường ngắm quỹ đạo………………………… 1.4.4 Luật điều khiển quỹ đạo tựa theo trường véc tơ……………… 1.4.5 Luật điều khiển dựa điều chỉnh tuyến tính toàn phương LQR……… 1.5 Hệ thống đo lường UAV………………………………… 1.5.1 Hệ cảm biến đo trạng thái dịch chuyển………………………… 1.5.2 Hệ thống cảm biến đo tư UAV………………………………… 1.5.3 Tích hợp hệ thống cảm biến…………………………………… 1.6 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước ngồi nước 1.6.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước………………….…… 1.6.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước………………….…… 1.7 Đặt vấn đề nghiên cứu………………………………………… Kết luận chương 1………………………………………………………… CHƯƠNG XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN QUỸ ĐẠO CHO UAV………………………………………………………………… iv 2.1 Sơ lược chế độ trượt…………………………………………… 2.1.1 Tổng hợp điều khiển hoạt động chế độ trượt……………… 2.1.2 Điều kiện tồn chế độ trượt……………………………………… 2.1.3 Hiện tượng chattering chế độ trượt…………………………… 2.1.4 Bài toán bám quỹ đạo sử dụng chế độ trượt………………………… 2.2 Thuật tốn dẫn đường dựa mặt trượt tuyến tính………………… 2.2.1 Thuật toán xác định sai số bám sai số góc hướng UAV theo đường quỹ đạo cần bám…………………………………………… 2.2.2 Thuật toán dẫn đường dựa mặt trượt tuyến tính theo khoảng cách… 2.2.3 Thuật tốn dẫn đường dựa mặt trượt tuyến tính hỗn hợp……… 2.3 Thuật toán dẫn đường dựa mặt trượt phi tuyến theo hàm lượng giác 2.3.1 Lựa chọn mặt trượt……………………………………………… 2.3.2 Luật điều khiển tương đương…………………………………… 2.3.3 Sự ổn định chế độ trượt………………………………………… 2.3.4 Mô đánh giá thuật toán……………………………………… 2.4 Thuật toán dẫn đường với mặt trượt phi tuyến dựa quỹ đạo Dubin… 2.4.1 Quỹ đạo Dubin……………………………………………………… 2.4.2 Xây dựng chế độ trượt……………………………………………… 2.4.3 Mô đánh giá thuật toán……………………………………… 2.5 Thuật toán bám theo đường cong hệ tọa độ Serret-Frenet… 2.5.1 Hệ tọa độ Serret-Frenet……………………………………………… 2.5.2 Xác định tọa độ UAV trọng hệ tọa S-F……………………………… 2.5.3 Xây dựng thuật toán dẫn đường bám quỹ đạo hệ tọa độ SF 2.5.4 Đánh giá thuật toán………………………………………………… Kết luận chương 2………………………………………………………… CHƯƠNG TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DẪN ĐƯỜNG BÁM MỤC TIÊU MẶT ĐẤT DI ĐỘNG CHO UAV………………… v 3.1 Xác định tọa độ tham số chuyển động mục tiêu…………… 3.1.1 Mơ hình Camera hệ tọa độ Camera……………………………… 3.1.2 Xác định tọa độ mục tiêu từ hệ tọa độ camera………………… 3.2 Bám sát mục tiêu di động theo chế độ quay quanh mục tiêu (chế độ loitering)… 3.3 Chế độ bám theo đường quỹ đạo động kép…………………………… 106 3.3.1 Thời gian độ chế độ điều khiển dẫn đường sử dụng chế độ trượt với mặt trượt phi tuyến theo quỹ đạo Dubin………………… 3.3.2 Quỹ đạo kép toán hộ tống mục tiêu……………………… 3.3.3 Sai số bám chế độ hộ tống sử dụng quỹ đạo kép……………… 114 3.3.4 Mô chế độ bám theo mục tiêu di động mặt đất theo chế độ hộ tống … 116 3.4 Lưu đồ thuật toán khối tạo nhiệm vụ bay………………………… 120 Kết luận chương 3………………………………………………………… 124 KẾT LUẬN……………………………………………………………… 125 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ…… 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………… 128 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài luận án Hiện nay, UAV ứng dụng ngày trở nên phổ biến đời sống xã hội an ninh quốc phòng UAV ứng dụng trinh sát, cảnh giới, phát hiện, bám sát, bảo vệ đối tượng mặt đất [19] quan sát môi trường [17], phịng chống cháy rừng [83] hay mục đích thương mại khác vận chuyển hàng hóa phục vụ nông nghiệp [37],[97] Dù lĩnh vực để thực nhiệm vụ UAV phải bám theo đường quỹ đạo đặt trước [40], [60] bám theo mục tiêu xác định hệ thống quan sát lắp đặt UAV [38], [64], [74] Để bám theo đường quỹ đạo đặt trước, UAV phải có thơng tin vị trí tư [21],[22],[63], đồng thời phải có thuật tốn điều khiển vịng ngồi kết hợp với hệ thống tự động lái tích hợp sẵn [25], [26] Để bám sát mục tiêu mặt đất di động, UAV cần tính tốn đường quỹ đạo dự kiến tốn bám mục tiêu quy tốn bám theo đường quỹ đạo, ngồi đường quỹ đạo động phụ thuộc vào tọa độ tham số chuyển động UAV mục tiêu mặt đất [41], [65], [75] Các vấn đề nêu nghiên cứu nhiều góc độ thể nhiều cơng trình cơng bố Để giải tốn bám theo đường, sử dụng thuật tốn trình bày tương đối phổ biến tài liệu toán bám theo điểm ảo [60], bám theo trường vecto [29], dẫn đường phi tuyến [18] hay dẫn đường theo điều khiển tuyến tính tồn phương [76] Các phương pháp nhằm mục đích làm giảm sai số khoảng cách từ UAV tới đường quỹ đạo Tuy nhiên việc xác định khoảng cách từ UAV tới điểm đích ảo hay tham số xác định hướng trường vecto chưa thực có lời giải tường minh đảm bảo chất lượng điều khiển, nhiều phải cân đối tốc độ hội tụ dao động xung quanh đường cần bám Để khắc phục số hạn chế cần tiếp tục nghiên cứu thuật toán điều khiển bám theo đường đảm bảo chất lượng điều khiển trì điều kiện ban đầu Bài tốn bám theo đường có mục đích đưa UAV tiến đường quỹ đạo bám theo đường quỹ đạo, toán bám mục tiêu mặt đất, yêu cầu khoảng cách từ UAV đến mục tiêu phải giữ khoảng định để đảm bảo chất lượng bám sát, đồng thời để tránh bị phát Đây vấn đề thường gặp thực tế Các phương pháp đề cập đến bám vòng quanh (loitering) [65] hay bám đuổi (following) [64],[74],[96] Tuy nhiên việc lựa chọn phương pháp thuật toán bám cụ thể chưa trình bày cách tường minh Để đảm bảo điều khiển UAV thực nhiệm vụ thực tế cần giải hai vấn đề cách tường minh với thuật toán cho trường hợp cụ thể Chính vậy, đề tài luận án có tính cấp thiết, có tính khoa học thực tiễn 2.Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu động học vòng điều khiển bám quỹ đạo thuật toán điều khiển bám quỹ đạo áp dụng để xây dựng thuật toán điều khiển bám quỹ đạo cho UAV sử dụng chế độ trượt - Nghiên cứu khả bám mục tiêu mặt đất UAV với mục tiêu có vận tốc khác để đề xuất giải pháp bám mục tiêu di động có vận tốc thay đổi 3.Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan hệ thống điều khiển UAV, mơ hình động học chế độ điều khiển quỹ đạo UAV, phương pháp điều khiển bám quỹ đạo UAV dựa góc nghiêng UAV hệ thống đo lường UAV - Nghiên cứu xây dựng thuật tốn vịng điều khiển bám quỹ đạo UAV hệ thống điều khiển UAV Để xây dựng thuật toán này, luận án sử dụng chế độ trượt Chế độ trượt với ưu điểm hệ thống ổn định bền vững tác động nhiễu bên bất định đối tượng điều khiển UAV hoạt động môi trường nhiễu loạn, việc áp dụng chế độ trượt phù hợp với điều kiện hoạt động UAV Việc áp dụng chế độ trượt trước tiên xây dựng mặt trượt đảm bảo chế độ trượt sau đảm bảo khả bám sát UAV theo mặt trượt chọn Để giải vấn đề luận án chọn giải pháp phát triển mặt trượt phi tuyến cho phép UAV nhanh chóng tiệm cận bám theo mặt trượt với thời gian hữu hạn Chế độ trượt áp dụng chế độ bám quỹ đạo không theo đường tiêu chuẩn đường thẳng hay đường tròn mà cho đường cong Đối với trường hợp đường cong bất kỳ, hệ tọa độ Serret-Fernet [40], , [61] dùng để mô tả quỹ đạo cong áp dụng việc áp dụng chế độ trượt bám đường theo hệ tọa độ Serret-Fernet chứng tỏ tính hiệu chế độ trượt - Nghiên cứu xây dựng thuật toán điều khiển quỹ đạo UAV bám theo mục tiêu mặt đất Mở rộng ứng dụng toán bám đường, luận án đề xuất thuật toán bám theo mục tiêu mặt đất sở phương pháp bay vòng bám quỹ đạo theo hai đường thẳng song song có khoảng cách xác định tùy thuộc vào vận tốc mục tiêu vận tốc UAV, điều khắc phục số giới hạn bám sát mục tiêu phương pháp bám vòng Khi vận tốc mục tiêu vượt qua ngưỡng xác định để đảm bảo chế độ bám vịng, góc quay mong muốn UAV số miền nhỏ khả quay vòng thực tế UAV Giải pháp đề xuất dễ thực có hiệu thực tế cao - Mô kiểm chứng kết luận án 126 Xây dựng thuật tốn có hiệu điều khiển quỹ đạo UAV bám theo mục tiêu di động mặt đất Hướng nghiên cứu luận án: tích hợp thuật tốn điều khiển vịng ngồi với hệ thống Autopilot để điều khiển UAV thực nhiệm vụ thực tế, đồng thời tiếp túc phát triển thuật toán bám mục tiêu di động mặt đất theo chế độ hộ tống cho trường hợp khác 127 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ Phạm Thị Phương Anh, Nguyễn Vũ, Phan Tương Lai, “Về thuật tốn bám đường cho UAV ”, Tạp chí Nghiên cứu khoa học công nghệ quân sự, số 55, tháng 6/2018 Phạm Thị Phương Anh, Nguyễn Vũ, Phan Tương Lai , Nguyễn Quang Vịnh “Sliding mode based lateral control of Unmanned Aerial Vehicles” XIIIth International Symposium «Intelligent Systems», INTELS’18, 22-24 October 2018, St Petersburg, Russia Phạm Thị Phương Anh, Nguyễn Vũ, Phan Tương Lai, “Chế độ trượt với mặt trượt phi tuyến điều khiển UAV bám theo đường quỹ đạo”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân (số đặc san TĐH, tháng 4/2019) Phạm Thị Phương Anh, Nguyễn Vũ, Phan Tương Lai, “Thuật toán dẫn đường cho UAV dựa hệ tọa độ Serret-Frenet”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân (số đặc san TĐH, tháng 4/2019) Phạm Thị Phương Anh, Nguyễn Vũ, “Về thuật toán điều khiển bám mục tiêu di động mặt đất sử dụng UAV cánh bằng”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân (số đặc san Viện điện tử, tháng 9/2020) 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Phạm Tuấn Hải, “Nâng cao chất lượng hệ dẫn đường thiết bị bay sở áp dụng thông tin kết hợp”, Luận án tiến sĩ kĩ thuật, Viện KH&CN quân sự, Hà nội, 2011 [2] Lê Việt Hồng, “Về phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển phi tuyến” Luận án Tiến sĩ kĩ thuật, Viện KH&CN quân sự, Hà nội, 2014 [3] Cao Tiến Huỳnh, Nguyễn Vũ, Nguyễn Trung Kiên, “Tích hợp điều khiển mode trượt với điều khiển tối ưu tác động nhanh cho lớp tự động bám”, Tạp chí Nghiên cứu khoa học công nghệ quân sự, Đặc san TĐH 04/2014, tr 240-247 [4] Lê Hùng Lân, Nguyễn Quang Hùng, Phạm Hải An, “Áp dụng lý thuyết Dempster-Shafer cho trình trộn liệu đa cảm biến”, Tuyển tập báo cáo khoa học, Trung tâm KHKT&CNQS, 2006 [5] Lê Ngọc Lân, Nguyễn Vũ, Hoàng Minh Đắc, “Xây dựng phương pháp dẫn, điều khiển tự động hạ cánh cho UAV-MiG 21”, Tạp chí Nghiên cứu khoa học cơng nghệ quân sự, Đặc san TĐH 04/2019 [6] Lê Ngọc Lân “Xây dựng ổn định thuật toán điều khiển bám quỹ đạo cho UAV cánh bằng”, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Viện KH&CN quân sự, Hà Nội 2020 [7] Phạm Văn Phúc tác giả, “Xây dựng thuật tốn xác định vị trí tư cho phương tiện ngầm”, Tạp chí Nghiên cứu khoa học công nghệ quân sự, số 56, 2018 [8] Vũ Hồng Quang, “Điều khiển tối ưu bám quỹ đạo cho UAV” Luận án Tiến sĩ kĩ thuật, Viện KH&CN quân sự, Hà nội, 2007 [9] Trần Đức Thuận, Bùi Ngọc Mỹ, “Thiết bị dẫn đường quán tính đo cao hệ thống điều khiển thiết bị bay”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội 2014 129 [10] Trần Đức Thuận tác giả, “Xây dựng thuật toán xác định tham số định hướng cho phương tiện chuyển động sỏ kết hợp quay tốc độ góc với từ kế gia tốc kế”, Tạp chí Nghiên cứu khoa học cơng nghệ quân sự, số 25, tr 7-16, 2013 [11] Lương Văn Trình, Trần Văn Hùng, “Thuật tốn định vị TDOA mơ hình hệ thống rada thụ động với trạm thu động” Tạp chí Nghiên cứu khoa học cơng nghệ quân sự, Số 43,2016 [12] Trương Duy Trung tác giả, “Xây dựng thuật toán xác định tham số dẫn đường cho phương tiện chuyển động sỏ kết hợp quay tốc độ góc với từ kế , gia tốc kế vận tốc kế” Tạp chí Nghiên cứu khoa học cơng nghệ qn sự, Số 21.2013 [13] Đặng Công Vụ tác giả, “Ứng dụng điều khiển thích nghi theo tốc độ Gradien với mơ hình tham chiếu tường cho UAV cỡ nhỏ điều kiện nhiễu động gió” Tạp chí Nghiên cứu khoa học công nghệ quân sự, Số đặc san tên lửa 09,2016 [14] Đặng Công Vụ tác giả, “Ứng dụng điều khiển thích nghi nâng cao an toàn bay cho UAV cỡ nhỏ điều kiện nhiễu động gió” Tạp chí Nghiên cứu khoa học công nghệ quân sự, Số 46, 2016 [15] Nguyễn Vũ, “Chế độ trượt hệ thống điều khiển” Tạp chí Nghiên cứu khoa học cơng nghệ quân sự, Số 31, 06/2014 [16] Nguyễn Vũ, “Về phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển bền vững” Luận án Tiến sĩ kĩ thuật, Viện KH&CN quân sự, Hà Nội, 2004 Tiếng Anh [17] A C Watts, V G Ambrosia, and E A Hinkley, "Unmanned aircraft systems in remote sensing and scientific research: Classification and considerations of use", Remote Sensing, vol 4, pp 1671-1692, 2012 130 [18] A Ratnoo, P Sujit, and M Kothari, “Optimal path following for high wind flights,” Proc of the IFAC World Congress, Aug 2011 [19] A Callam, "Drone wars: Armed unmanned aerial vehicles," International Affairs Review, vol 18, 2015 [20] Ashwini Ratno, P.B Sujit, Mangal Kothari, “Adaptive Optimal Path Following for High Wind Flights” Preprints of the 18th IFAC World Congress Milano (Italy) August 28 - September 2, 2011 [21] Beard, R W., and McLain, T W., “Navigation and Control Technologies for Autonomous Micro Vehicles,” Brigham Young University Technical Report, http://hdl.lib.byu.edu/1877/65 (25 Aug 2005) [22] Bryson, M., and Sukkarieh, S., “Vehicle Model-Aided Inertial Navigation for a UAV Using Low-Cost Sensors,” in Proc Australasian Conf on Robotics and Automation, Canberra, Australia [23] Báča, Tomáš & Loianno, Giuseppe & Saska, Martin (2016) “Embedded Model Predictive Control of Unmanned Micro Aerial Vehicles” [24] Bartolini, Giorgio & Fridman, Leonid & Pisano, Alessandro & Usai, Elio (2008) “Modern Sliding Mode Control Theory” New Perspectives and Applications 10.1007/978-3-540-79016-7 [25] Cai, G., Lum, K.-Y., Chen, B M., and Lee, T H., “A Brief Overview on Miniature Fixed-Wing Unmanned Aerial Vehicles,” in Proc 8th IEEE International Conf on Control and Automation, Xiamen, China, pp 285–290 (2010) [26] Chao, H., Cao, Y., and Chen, Y., “Autopilots for Small Unmanned Aerial Vehicles: A Survey,” Int J Control Autom Syst 8(1), 36–44 (2010) [27] Christophersen, H B., Pickell, R W., Neidhoefer, J C., Koller, A A., Kannan, S K., and Johnson, E N., “A Compact Guidance, Navigation, and 131 Control System for Unmanned Aerial Vehicles,” J Aerosp Comput Inf Commun 3(5), 187–213 (2006) [28] Chiaramonti, Martina & Giulietti, Fabrizio & Mengali, Giovanni (2006), “Formation Control Laws for Autonomous Flight Vehicles” Aeronautical Journal 113 - 10.1109/MED.2 [29] D Nelson, D Barber, T McLain, and R Bread, “Vector field path followjng for miniature air vehicle, IEE Transaction on Robotics”, pp 519-529, June 2007 [30] De Filippis, L., Guglieri, G & Quagliotti, F “Path Planning Strategies for UAVS in 3D Environments” J Intell Robot Syst 65, 247–264 (2012) [31] D Nelson, D Barber, T McLain, and R Beard, “Vector field path following for miniature air vehicles,” IEEE Transactions on Robotics, pp 519–529, June 2007 [32] Diaz, Estefania & de Ponte Müller, Fabian & Jiménez, Antonio & Zampella, Francisco (2015) “Evaluation of AHRS algorithms for inertial personal localization in industrial environments” Proceedings of the IEEE International Conference on Industrial Technology 2015 3412-3417 10.1109/ICIT.2015.7125605 [33] Ekprasit Promtun, Sridhar Seshagiri, “Sliding Mode Control of Pitch Rate of an F-16 Aircraft”, International Journal on Applied Science, Engineering and Technology, Vol 5, 2009, No pp 105-109 [34] E.Frew, T.NeGee, Z.Ken,X.Xiao eat “Vision- based road following using small autonomous aircaft” In Proc.of IEEE Aerospace Conf, vol.5,pp 3006-2015,2004], [35] Fiuzy M., Haddadnia J., Mashhadi S.K.M, “Designing an optimal PID controller for control the plan’s height, based on control of autopilot by using 132 evolutionary algorithms”, Journal of Mathematics and Computer Science, Vol 6, pp 260-271, 2013 [36] Girish C.V., Emilio F., Jonathan H.P., Hugh L (2015), “Nonlinear Flight Control Techniques for Unmanned Aerial Vehicles”, In: Valavanis K., Vachtsevanos G (eds) Handbook of Unmanned Aerial Vehicles Springer, Dordrecht [37] H González-Jorge, J Martínez-Sánchez, and M Bueno, "Unmanned aerial systems for civil applications: A review," Drones, vol 1, p 2, 2017 [38] H Chuang,D He and A Namiki “Autonomous target tracking of UAV using high-speed visual feedback” (2011) [39] Hull, David (2007) “Fundamentals of Airplane Flight Mechanics,” Springer, 2007 [40] I Kaminer, O Yakimenko, A Pascoal, and R Ghabcheloo, “Path generation, path following and coordinated control for time critical missions of multiple UAVs,” Proceedings of the American Control Conference, pp 4906–4913, June 2006 [41] J Lee, R Huang, A Vaughn, X Xiao, K Hedrick, M Zennaro, and R Sengupta, “Strategies of path-planning for a UAV to track a ground vehicle,” in Proceedings of the 2nd annual Autonomous Intelligent Networks and [42] J López, R Dormido, S “Robust H ∞ Controller for an Dormido, and J P UAV Flight Gómez A Control System”, ScientificWorldJournal 2015 [43] Joukhadar, Abdulkader & Alchehabi, Mohammad & Jejeh, Adnan (2019), “Advanced UAVs Nonlinear Control Systems and Applications” 10.5772/intechopen.86353 133 [44] J R Hervas, E Kayacan, M Reyhanoglu and H Tang, "Sliding mode control of fixed-wing UAVs in windy environments," 2014 13th International Conference on Control Automation Robotics & Vision (ICARCV), Singapore, 2014, pp 986-991, doi: 10.1109/ICARCV.2014.7064440 [45] Jacob, Deniel J, “Introduction to atmospheric chemistry” Princeton Univesity,1999 [46] Kada B., Ghazzawi Y., “Robust PID controller design for an UAV flight control system”, in Proceedings of the World Congress on Engineering and Computer Science, Vol 2, WCECS, San Francisco, October 19-21, 2011 [47] Ketterer, Zieger, Bukowiecki, Collaud Coen, Maier, Ruffieux , Weingartner, “Investigation of the Planetary Boundary Layer in the Swiss Alps Using Remote Sensing and In Situ Measurements” Boundary-Layer Meteorology volume 151, pages317–334 (2014) [48] Kothari, Mangal & Postlethwaite, Ian & Gu, Da-Wei (2010) “A Suboptimal Path Planning Algorithm Using Rapidly-exploring Random Trees” International Journal of Aerospace Innovations 93-104 10.1260/1757-2258.2.1-2.93 [49] Kim, Donghyun & Langley, Richard (2000) “GPS Ambiguity Resolution and Validation: Methodologies, Trend sand Issues” Proc of 7th GNSS workshop- Int symp on GPS/GNSS, Seoul, Korea, 2000 [50] Kothari, Mangal & Postlethwaite, Ian & Gu, Da-Wei (2010) “A Suboptimal Path Planning Algorithm Using Rapidly-exploring Random Trees” International Journal of Aerospace Innovations 93-104 10.1260/1757-2258.2.1-2.93 [51] Liao, Y., Zhang, M & Wan, L “Serret-Frenet frame based on path following control for underactuated unmanned surface vehicles with dynamic uncertainties” J Cent South Univ 22, 214–223 (2015) 134 [52] Lamia Melkou, Mustapha Hamerlain Second Order, “ Sliding Mode Control Using Homogeneity Approach to Control a FixedWing UAV”, IJCEE 2019 Vol.11(1): 70-77 ISSN: 1793-8163 DOI: 10.17706/IJCEE.2019.11.1.70-77 [53] Munguía, R (2014) “A GPS-aided Inertial Navigation System in Direct Configuration”, Journal of Applied Research and Technology 12 803-814 10.1016 [54] Munguia, Rodrigo & Grau, Antoni (2014) “A Practical Method for Implementing an Attitude and Heading Reference System” International Journal of Advanced Robotic Systems 11 10.5772/58463 [55] M J Caruso, “Applications of magnetic sensors for low cost compass systems,” in Proceedings of the IEEE Position, Location and and Navigation Symposium, pp 177–184, March 2000 [56] Muhammad Shah , “Guidance of Air Vehicles: A Sliding Mode Approach” IEEE Ttransactions on control systems technology, Vol 23, No 1, January 2015 231 [57] Macharet, Douglas & Neto, Armando & Da Camara Neto, Vilar & Campos, Mario (2011) “Nonholonomic path planning optimization for Dubins' vehicles” Proceedings - IEEE International Conference on Robotics and Automation 4208 - 4213 10.1109/ICRA.2011.5980239 [58] Nelson, Derek & Barber, Duncan & McLain, Tim & Beard, Randal (2006), “Vector field path following for small unmanned air vehicles” pp 10.1109/ACC.2006.1657648 135 [59] P P B Sujit, S Saripalli and J B Sousa, "An evaluation of UAV path following algorithms", European Control Conference (ECC), 17-19 July 2013 [60] P B Sujit, S Saripalli and J B Sousa, "Unmanned Aerial Vehicle Path Following: A Survey and Analysis of Algorithms for Fixed-Wing Unmanned Aerial Vehicless," in IEEE Control Systems Magazine, vol 34, no 1, pp 42-59, Feb 2014, [61] Pelizer, Guilherme & Silva, Natassya & Castelo Branco, Kalinka (2017), “3D Path-Following Algorithms for Unmanned Aerial Vehicles Adjusted with Genetic Algorithm” 63-80 10.1007/978-3-319-61403-8_4 [62] Paul D Groves Principles of GNSS, Inertial, and Multisensor “Integrated Navigation Systems”, Second Edition (GNSS Technology and Applications) 2nd Edition, Artech house, 2013 [63] Q Honghui, J.B Moore, “Direct Kalman filtering approach for GPS/INS integration”, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 38 (2002), pp 687-693 [64] Rysdyk, R., “Unmanned aerial vehicle path following for target observation in wind,” Journal of guidance, control, and dynamics, Vol 29, No 5, 2006, pp 1092–1100 [65] R Wise and R Rysdyk, “UAV coordination for autonomous target tracking,” in Proceedings of the AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit, 2006, pp 21–24 [66] R Munguia, A Grau A Practical, “Method for Implementing an Attitude and Heading Reference System”, International Journal of Advanced Robotic Systems, 11 (2014), 136 [67] R Beard, T McLain, “ Small Unmanned Aircraft”, Theory and Practice Princeton University Press, 2012 [68] Ru, Pengkai & Subbarao, Kamesh (2017), “Nonlinear Model Predictive Control for Unmanned Aerial Vehicles” Aerospace 31 10.3390/aerospace4020031 [69] Reg Austin Unmanned Aircraft Systems, “UAVS Design, Development and Deployment (Aerospace Series Book 55) 1st Edition”, Kindle Edition, Wiley 2010 [70] Ratnoo, Ashwini & P.B, Sujit & Kothari, Mangal & Fellow, Postdoctoral (2011) “Adaptive Optimal Path Following for High Wind Flights” [71] R Munguia, A Grau A Practical, “Method for Implementing an Attitude and Heading Reference System”, International Journal of Advanced Robotic Systems, 11 (2014), [72] S Sukkarieh, E M Nebot and H F Durrant-Whyte, "Achieving integrity in an INS/GPS navigation loop for autonomous land vehicle applications," Proceedings 1998 IEEE International Conference on Robotics and Automation (Cat No.98CH36146), Leuven, Belgium, 1998, pp 3437-3442 vol.4, doi: 10.1109/ROBOT.1998.680969 [73] S Nassar and N El-Sheimy, “A combined algorithm of improving INS error modeling and sensor measurements for accurate INS/GPS navigation,” GPS Solutions, vol 10, no 1, pp 29–39, 2006 [74] Stolle, S and Rysdyk, R., “Flight Path Following Guidance for Unmanned Air Observation,” Vehicles 22nd with Digital Pan-Tilt Avionics Camera Systems IEEE/AIAA, Indianapolis, Indiana, October 2003 for Target Conference, 137 [75] S Spry, A Vaughn, and X Xiao, “A vehicle following methodology for UAV formations,” in Proceedings of the 4th International Conference on Cooperative Control and Optimization, 2003 [76] S Park, J Deystt, and J How, “Performance and lyapunov stability of a nonlinear path-following guidance method,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol 30, no 6, pp 1718–1728, 2007 [77] S H Mathisen, Kristoffer Gryte, “Non-linear Model Predictive Control for Longitudinal and Lateral Guidance of a Small FixedWing UAV in Precision Deep Stall Landing”, Int AIAA guidance, navigation and control còn., San Diego, 2016 [78] Szabolcsi, Róbert (2018), “Robust Control System Design for Small UAV Using H2-Optimization” Land Forces Academy Review 23 151-159 10.2478/raft-2018-0018 [79] Stevens, Brian L.; Lewis, Frank L “Aircraft Control and Simulation”, John Wiley & Son, Canada, 1992 [80] Sanghyuk Park, John Deyst and Jonathan P “How Performance and Lyapunov Stability of a Nonlinear Path Following Guidance Method”, Published Online:23 May 2012https://doi.org/10.2514/1.28957 [81] Shah, M.Z., Samar, R., Bhatti, A.I “Lateral track control of UAVs using the sliding mode approach: from design to flight testing” transactions of the institute of measurement and control 37(4), 457–474 (2015) doi {10.1177/0142331214543093} [82] T Espinoza, A Dzul, R Lozano and P Parada, "Backstepping — Sliding mode controllers applied to a fixed-wing UAV," 2013 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), Atlanta, GA, 2013, pp 95-104, doi: 10.1109/ICUAS.2013.6564678 138 [83] T Zajkowski, "Unmanned aerial vehicles: Remote sensing technology for the USDA Forest Service," Rem Sens Applications Center, Sat Lake City, 2003 [84] Taylor, B., Bil, C., and Watkins, S.,“Horizon Sensing Attitude Stabilization: A VMC Autopilot,” in Proc 18th International UAV Systems Conf., Bristol, UK, www.ctie.monash.edu.au/hargrave/ horizon_sensing_autopilot.pdf (2003) [85] T.H Summer, M.R Akella, and M.J Mears, “Coordinated standof tracking of moving target: Control laws and information architecture ”, Journal of Guidance, Control and Dynamics, 32 (1), pp 56-59, January-Feb 2009 [86] Zamurad Shah M., Samar R., Bratti A I “Lateral Control for UAVs using Sliding Mode Technique” 18th IFAC World Congress Milano, August 28-September 2, 2011 [87] Zhihao CAI, Longhong WANG, Jiang ZHAO, Kun WU, Yingxun WANG “Virtual target guidance-based distributed model predictive control for formation control of multiple UAVs” Chinese Journal of Aeronautics Volume 33, Issue 3, Pages 1037-1056 [88] Utkin, "Sliding mode control design principles and applications to electric drives," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 40, no 1, pp 23-36, Feb 1993, doi: 10.1109/41.184818 [89] Utkin, Juergen Guldner, Jingxin Shi , “Sliding Mode Control in Electro-Mechanical Systems (Automation and Control Engineering) CRC Press”; 2nd Edition (May 1, 2009) [90] V.N Dobrokhodov, I Kaminer, and K.D Jones, “Vision based tracking and motion estimation for moving target using UAV”, Journal of Guidance, Control and Dynamics, 31 (4), pp 907-917, July-August 2008 139 [91] W Wang, et al, “Quadratic extended Kalman filter approach for GPS/INS integration”, Aerospace Science and Technology, 10 (2006), [92] Wang, Wei & Liu, Zong-Yu & Xie, Rong-Rong (2006) “Quadratic extended Kalman filter approach for GPS/INS integration,” Aerospace Science and Technology 10 709-713 10.1016/j.ast.2006.03.003 [93] Wahid, Nurbaiti & Hassan, Nurhaffizah (2012) “Self-Tuning Fuzzy PID Controller Design for Aircraft Pitch Control” Proceedings - 3rd International Conference on Intelligent Systems Modelling and Simulation, ISMS 2012 10.1109/ISMS.2012.27 [94] Wang H., LyuW.,Yao P.,LiangX., “Three-dimensional path planning for unmanned aerial vehicle based on interfered fluid dynamical system Chinese Journal of Aeronautics”, Volume 28, Issue 1, February 2015, Pages 229-239 [95] X Jing, J Cui, H He, B Zhang, D Ding and Y Yang, "Attitude estimation for UAV using extended Kalman filter," 2017 29th Chinese Control And Decision Conference (CCDC), Chongqing, 2017, pp 3307-3312, [96] X Fu, H Feng, and X Xiao, “UAV mobile ground target tracking pursuit algorithm” Journal of intelligent & robotics systems, 68 (3-4), pp 359-371, Dec 2012 [97] Y Huang, S J Thomson, W C Hoffmann, Y Lan, and B K Fritz, "Development and prospect of unmanned aerial vehicle technologies for agricultural production management," International Journal of Agricultural and Biological Engineering, vol 6, pp 1-10, 2013 [98] Y Yunchun, J.A Farrell, “Magnetometer and differential carrier phase GPS-aided INS for advanced vehicle control IEEE Transactions on Robotics and Automation, 19 (2003), pp 269-282 140 [99] Ya Zhang , Fei Yu * , Wei Gao and Yanyan Wang, “An Improved Strapdown Inertial Navigation System Initial Alignment Algorithm for Unmanned Vehicles”, Sensors 2018, 18, 3297; doi:10.3390/s18103297 [100] Wang Yajing, Wang Xiangke, Zhao Shulong, Shen Lincheng “Vector Field Based Sliding Mode Control of Curved Path Following for Miniature Unmanned Aerial Vehicles in Winds”, J Syst Sci Complex (2018) 31: 302– 324; doi:10.1007/s11424-018-8006-y ... học thực tiễn 2 .Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu động học vòng điều khiển bám quỹ đạo thuật toán điều khiển bám quỹ đạo áp dụng để xây dựng thuật toán điều khiển bám quỹ đạo cho UAV sử dụng chế... cứu xây dựng thuật toán điều khiển quỹ đạo UAV bám theo mục tiêu mặt đất Mở rộng ứng dụng toán bám đường, luận án đề xuất thuật toán bám theo mục tiêu mặt đất sở phương pháp bay vòng bám quỹ đạo. .. quan trọng UAV Trên sở vấn đề nêu trên, vấn đề cần nghiên cứu là: độ Xây dựng thuật toán điều khiển quỹ đạo cho UAV dựa chế trượt Xây dựng thuật toán bám mục tiêu mặt đất di động cho UAV Đây vấn