基于命令滤波的四旋翼机内部与外部扰动轨迹跟踪控制
系统与控制
2025-10-31 v1 系统与控制
摘要
我们提出一种基于命令滤波的反步控律，集成扰动观测器和高增益观测器 (HGO)，以处理作用于四旋翼机的未知内部和外部扰动。为构建控制律，首先定义测量值与期望四旋翼机输出之间的跟踪误差，使系统可重写为新的状态变量集合。借助该转换模型，我们应用 Lyapunov 理论推导反步控制律。为避免状态和虚拟控制量的多次求导，引入一阶命令滤波器，并添加非线性扰动观测器以提供扰动估计。控制律和观测器中的每个状态均被替换为来自 HGO 的估计值。 resulting control law 使四旋翼机能够在内部和外部扰动作用下遵循其轨迹，每个子系统可各自采用不同的扰动类型以实现现实性。新的状态转换和基于 Lyapunov 的推导防止了反步设计中通常的复杂性爆炸，同时 HGO 重构未测量状态及其速率以实现输出反馈。非线性扰动观测器衰减恒定和非线性扰动以及带限白噪声。该方法减少了对高精度传感器的依赖，减轻了飞行中风、模型误差和转子噪声的影响。与以往仅处理扰动抑制或部分感知的研究不同，本工作同时解决了命令滤波、扰动观测器和 HGO 以组合方式应对这两大挑战，同时避免了反步设计中典型的复杂性增长。
引用
@article{arxiv.2510.26368,
title = {Command-filter-based trajectory-tracking control of quadrotor subject to internal and external disturbances},
author = {Mustafa Mohammed Mustafa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.26368},
year = {2025}
}