四旋翼转子失效容错轨迹跟踪控制设计的几何方法

本文解决了在单个旋翼完全失效后，为四旋翼无人机设计轨迹跟踪控制律的问题。控制设计问题考虑了排除关于垂直机体轴的角速度和姿态的降维状态空间。所提出的控制器使四旋翼能够跟踪该轴的方向，从而仅使用三个旋翼即可跟踪任何规定的位置轨迹。控制设计分两个阶段进行。首先，为了跟踪降维姿态动力学，在李群$SO(3)$上设计了具有两个输入力矩的几何控制器。然后，通过设计基于饱和的反馈律将其扩展到$SE(3)$，以便以有界推力跟踪质心位置。完整动力学的控制律在所有位于开稠密子集中的初始条件下实现指数跟踪。几何控制设计的新颖之处在于其能够在不完全丧失旋翼的情况下有效执行激进的全局机动。数值模拟在变距和常规四旋翼模型上进行，以证明控制设计的实际适用性。