基于非线性模型预测控制的固定翼小型无人机系统三维路径跟随制导
机器人学
2026-01-01 v1
摘要
本文介绍了两种基于非线性模型预测控制（MPC）的新型三维路径跟随制导算法的设计、实现和飞行测试结果，并具体应用于固定翼小型无人机系统。为了启用 MPC，本文展示了 RAAVEN 小型无人机的控制增广建模与系统辨识。随后展示了两种 MPC 公式。第一种在 MPC 时域内调度一个静态的参考路径速率，以激励恒定的惯性速度。第二种受模型预测轮廓控制启发，在系统运行时动态优化控制器时域内的参考路径速率。这允许在路径前进和距路径距离这两个路径跟随制导中相互竞争的目标之间进行加权权衡。两种控制器均被设计用于在一般光滑的三维弧长参数化曲线上运行。MPC 制导算法在多个高曲率测试路径上进行了飞行，并与基线前瞻制导律进行了比较。结果展示了非线性 MPC 在高达 36 米/秒的地速下进行三维路径跟随制导的真实世界可行性和优越性能。
引用
@article{arxiv.2512.24326,
title = {3D Path-Following Guidance via Nonlinear Model Predictive Control for Fixed-Wing Small UAS},
author = {Camron Alexander Hirst and Chris Reale and Eric Frew},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.24326},
year = {2026}
}