論文の概要: 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
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.05339v1
- Date: Wed, 06 May 2026 18:10:42 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-08 22:27:11.363094
- 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
- Title(参考訳): 引張・スラストフィードフォワードによるパッシブフォールトトレランス:急激なケーブル切断下での分散マルチUAVスラグロード輸送におけるハイブリッド入力-状態安定性
- Abstract要約: スラング貨物輸送における急激なケーブル切断は、負荷を再分配し、アクティブな制約セットを変更する。
既存のコントローラは、調整された力の割り当て、ピアステート交換、固定ケーブルトポロジーに依存している。
我々は、各車両の計測されたケーブル張力を直接、その高度推力コマンドにルーティングする受動的アーキテクチャを提案する。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.9453554184019105
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Abrupt cable severance in multi-UAV slung-load transport redistributes load and changes the active constraint set, leaving limited time for fault diagnosis and reconfiguration. Existing controllers rely on coordinated force allocation, peer-state exchange, or fixed cable topology, and therefore lack a certified decentralized recovery mechanism for unannounced severance. We present a passive architecture that routes each vehicle's measured cable tension directly into its altitude thrust command, $T_i^{\mathrm{ff}}=T_i$, while a surrounding proportional-derivative, anti-swing, and projection cascade preserves local tracking feasibility. The main contribution is a conditional hybrid practical input-to-state-stability certificate that composes a slack-excursion-bounded taut-cable reduction, bounded post-severance Lyapunov jumps, inter-fault decay, and per-fault-cycle contraction $ρ\in (0,1)$ into an explicit recovery envelope under stated actuator, slack, and dwell assumptions. We validate the controller in Drake multibody simulation with five vehicles, a 10 kg payload, Kelvin-Voigt cables, Dryden wind, and single- and dual-severance schedules: the closed loop attains 0.312-0.328 m RMSE, 76.1-95.2 mm peak sag, and recovery within one payload-pendulum period. Disabling the identity inflates cruise error by 34-39% and peak sag by 3.6x-4.0x, identifying local tension feed-forward as the dominant passive recovery mechanism in the tested decentralized cascade.
- Abstract(参考訳): マルチUAVスラング貨物輸送における急激なケーブル切断は、負荷を再分配し、アクティブな制約セットを変更し、故障診断と再設定の制限時間を残す。
既存のコントローラは、調整された力配分、ピアステート交換、固定ケーブルトポロジーに依存しており、したがって未発表の重大度に対する認定された分散回復機構が欠如している。
本稿では,各車両のケーブル張力を高度推力コマンド(T_i^{\mathrm{ff}}=T_i$)に直接ルーティングするパッシブアーキテクチャを提案する。
主なコントリビューションは、スラックアウトバウンドされたタウトケーブル還元、バウンドされたポストセバストリアプノフジャンプ、フォールトサイクル間収縮、およびフォールトサイクルあたりの収縮$ρ\in (0,1)$をアクチュエータ、スラック、ドウェルの仮定の下で明示的なリカバリエンベロープに構成する条件付き実用的インプット・トゥ・ステイビリティ証明である。
閉ループは 0.312-0.328 m RMSE, 76.1-95.2 mm のピークサーグに到達し, 1つのペイロード/振り子周期で回復する。
アイデンティティの無効化は、巡航エラーを34-39%、ピークサグを3.6x-4.0xにし、テストされた分散カスケードにおいて、局所的なテンションフィードを支配的な受動的回復機構として特定する。
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