四旋翼敏捷飞行中非线性MPC与基于微分平坦控制的比较研究
机器人学
2024-01-05 v6
摘要
四旋翼的精确轨迹跟踪控制对于在杂乱环境中的安全导航至关重要。然而，由于非线性动力学、复杂气动效应和执行器约束，这在敏捷飞行中具有挑战性。在本文中，我们通过跟踪速度高达20 m/s（即72 km/h）的多种敏捷轨迹，实证比较了两种最先进的控制框架：非线性模型预测控制器(NMPC)和基于微分平坦的控制器(DFBC)。比较在仿真和真实环境中进行，以从跟踪精度、鲁棒性和计算效率方面系统评估两种方法。我们展示了NMPC在跟踪动态不可行轨迹方面的优越性，代价是更高的计算时间和数值收敛问题的风险。对于两种方法，我们还定量研究了使用增量非线性动态逆(INDI)方法添加内环控制器的效果，以及添加气动阻力模型的效果。我们在全球最大的运动捕捉系统之一中进行的真实世界实验表明，NMPC和DFBC的跟踪误差均减少超过78%，表明在敏捷轨迹跟踪中使用内环控制器和气动阻力模型的必要性。
引用
@article{arxiv.2109.01365,
title = {A Comparative Study of Nonlinear MPC and Differential-Flatness-Based Control for Quadrotor Agile Flight},
author = {Sihao Sun and Angel Romero and Philipp Foehn and Elia Kaufmann and Davide Scaramuzza},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.01365},
year = {2024}
}