倾转旋翼无人机的先进反馈线性化控制：步态规划、控制器设计与稳定性分析

然而，有三个挑战会阻碍反馈线性化（Feedback Linearization）的应用：控制信号过于密集、解耦矩阵奇异以及饱和。这三个问题中的任何一个被触发都会对稳定性证明构成挑战。为解决这三个挑战，本研究首先提出了无人机步态规划。步态规划最初用于解决四足（四腿）机器人的控制问题；将该方法与反馈线性化结合使用，提升了控制信号的质量。随后，我们提出了不可接受姿态曲线的概念，即倾转旋翼不允许飞抵的姿态。接着建立了双色地图定理，以扩大倾转旋翼所支持的态度范围。这些理论被应用于具有不同参考输入的倾转旋翼跟踪问题。在倾转旋翼仿真器中观察到控制信号的显著改善。最后，我们探讨了由带饱和的反馈线性化所稳定的新型移动机器人（倾转载具）的控制理论与稳定性证明。我们设计了一个概念性移动机器人（倾转车）而非采用过于复杂的倾转旋翼模型来分析稳定性证明。首次给出了由带饱和的反馈线性化控制的移动机器人（倾转载具）的稳定性证明（在 Lyapunov 意义下稳定）。倾转旋翼仿真器中具有良好控制信号的成功跟踪结果展示了我们控制方法的先进性。同时，移动机器人（倾转车）仿真器中的 Lyapunov 候选函数与跟踪结果证实了我们的稳定性证明推导。这些结果表明，反馈线性化中的这三个挑战在某种程度上得到了解决。