Design of a PI controller for an autonomous relay drone under field-of-view constraints

Autonomous relay vehicles (RVs) can maintain network connectivity among mobile agents when direct communication links are unreliable. This work considers a RV that must keep multiple target agents within its field of view (FoV) while avoiding collisions and regulating its proximity to the FoV boundaries. We propose a perception-aware control design combining bearing-based alignment, clamped PI compensation, and nonlinear braking action. Sufficient conditions on the controller gains and saturation threshold ensure convergence to a prescribed clearance band, with exact asymptotic distance regulation and alignment under suitable target-motion conditions. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed approach.

I veicoli di rilancio autonomi (Relay Vehicles, RV) possono mantenere la connettività di rete tra agenti mobili quando i collegamenti di comunicazione diretta risultano poco affidabili. Questo lavoro considera un RV che deve mantenere molteplici agenti bersaglio all'interno del proprio campo visivo (Field of View, FoV), evitando al contempo collisioni e regolando la propria prossimità rispetto ai confini del FoV stesso. Proponiamo uno schema di controllo basato sulla percezione (perception-aware) che combina un allineamento basato sui rilevamenti angolari (bearing-based), una compensazione PI con saturazione (clamped) e un'azione di frenata non lineare. Condizioni sufficienti sui guadagni del controllore e sulla soglia di saturazione garantiscono la convergenza a una fascia di margine di sicurezza predefinita, con una regolazione asintotica esatta della distanza e dell'allineamento sotto adeguate condizioni sul moto dei bersagli. I risultati di simulazione dimostrano l'efficacia dell'approccio proposto.