通信时延下四旋翼位置控制的高效实时非线性模型预测控制
机器人学
2020-10-26 v2 系统与控制
系统与控制
最优化与控制
摘要
计算机处理器技术的进步使得非线性模型预测控制（NMPC）能够应用于四旋翼等敏捷系统。这些系统的特点在于欠驱动、非线性、有界输入以及时延。经典控制方案难以克服这些困难并充分利用此类平台所提供的能力。本文提出了一种基于带时延补偿与执行器约束的四旋翼高效位置控制器，采用实时 NMPC 设计并实现。为应对机载计算资源的限制，提出了一种机外控制架构。该架构使用高性能软件包 acados 实现，其求解最优控制问题并实现了顺序二次规划（SQP）方案的实时迭代（RTI）变体，采用 Gauss-Newton 海森近似。SQP 方案中的二次子问题（QP）由 HPIPM 求解，这是一种基于线性代数库 BLASFEO 构建的内点法求解器，已针对多种 CPU 架构精细调优。通过使用 HPIPM 中实现的高效部分缩并算法重构 QP，进一步缩短了求解时间。我们使用 Crazyflie 2.1 纳米四旋翼展示了该架构的能力。
引用
@article{arxiv.2010.11264,
title = {An Efficient Real-Time NMPC for Quadrotor Position Control under Communication Time-Delay},
author = {Barbara Barros Carlos and Tommaso Sartor and Andrea Zanelli and Gianluca Frison and Wolfram Burgard and Moritz Diehl and Giuseppe Oriolo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.11264},
year = {2020}
}
备注
This paper has been accepted for publication at the 16th International Conference on Control, Automation, Robotics and Vision (ICARCV), Shenzhen, China, December 13-15, 2020, IEEE