In this paper, I propose a path (motion) planner for fixed-wing aircraft to exploit wind energy using motion primitives. The planner operates in three main steps: the reduced-order path planning, the full- state autopilot, and the selection step. Initially, the planner constructs a tree structure to explore paths, using the cost to prune or select branches. Upon sufficient growth, the tree reveals candidate paths. The planner generates guidance commands for the full-state autopilots by utilizing elements from the nodes on the candidate paths and motion primitives. After the autopilots generate paths, the planner in the last step selects the path with the lowest control surface efforts as a solution among the paths in the second step. Two simulations demonstrate that this solution path offers about 10% greater efficiency than a direct, straight path to the goal. It highlights the effectiveness of the proposed path-planning method in exploiting wind energy.
본 논문에서는 모션 프라이미티브를 활용하여 고정익 항공기의 바람 에너지 수확하기 위한 새로운 경로 (동작) 계획 방법론을 제시한다. 본 연구에서 개발된 계획법은 축소된 자유도에서의 경로 계획, 전체 상태의 오토파일럿 사용, 그리고 최적 경로 선택이라는 세 가지 주요 단계로 구성되어 있다.
첫 번째 단계에서, 플래너는 모델링된 비용 지표를 이용하여 가능한 경로를 탐색하기 위한 트리 구조를 형성한다. 이 트리 구조는 충분히 성장한 후에, 다양한 후보 경로들을 제시한다. 플래너는 이 후보 경로들 상의 노드에서 추출된 정보와 움직임 원시 형태를 통합하여, 전체 상태의 자오토파일럿를 위한 유도 명령을 생성한다. 이러한 명령에 따라 자동 조종 장치는 전체 상태에서의 경로들을 형성한다.
최종 단계에서, 플래너는 두 번째 단계에서 얻어진 경로들 중에서 비용이 가장 낮은 경로를 최적의 해결책으로 선택한다. 본 연구에서 수행된 두 가지 시뮬레이션을 통해, 제안된 해결책의 경로가 직접적이고 직선적인 목표지점으로의 경로에 비해 약 10 % 더 높은 효율성을 보여줌으로써, 본 연구에서 제시된 경로 계획 방법론의 바람 에너지 활용 측면에서의 효과성을 입증한다
