旋转系统的新型轴角姿态控制律：合成、分析与实验

过去数十年间，基于连续四元数的数轴姿态控制被证明对驱动可建模为刚体旋转系统（如卫星和无人机）的姿态控制效果极佳。然而，这类方法并不强制要求存在唯一的闭环(CL)平衡姿态误差四元数(AEQ)，且对于姿态误差Euler轴角大于{\pi}弧度的旋转误差，其比例控制效应会随着系统状态远离CL旋转动力学的稳定平衡点而减弱。本文引入一种新型姿态控制律，更有效地利用姿态误差Euler轴角信息，确保CL平衡AEQ唯一性，并提供比例控制 effort 的更大灵活性。此外，我们通过两种控制律的例子——构建CL动力学的严格Lyapunov函数——展示了CL旋转系统结果的唯一平衡点可被强制为一致渐近稳定。为评估和展示所提出方法的功能与性能，我们进行了数值仿真，并在小型四旋翼机上执行了数十次实时翻滚恢复机动。这些仿真和飞行测试有力地表明，所提出的轴角基方法在稳定时间方面优于使用高性能四元数控制器获得的飞行性能。