火星共轴四旋翼的设计与模型预测控制
机器人学
2022-08-16 v2
摘要
火星因支持未来宜居可能性的科学发现，一直是太阳系行星探测的主要候选目标。火星洞穴与熔岩管等地形由不平地面、低能见度与受限空间构成，使得轮式漫游车无法穿越这些区域。为应对这些限制并提升火星地形中的探测能力，本文提出一种新型共轴四旋翼微型飞行器（MAV）的设计与控制。正如将展示的，所提火星共轴四旋翼在设计与控制架构上的关键贡献是，从自主性角度相较于 Ingenuity 引入了一个替代且更优的概念。基于所提设计，本文介绍该飞行器的数学建模与自动控制框架，包括共轴四旋翼的线性化模型与用于轨迹跟踪的相应模型预测控制器（MPC）。在众多提出的火星飞行模型中，现有研究缺乏一种可靠的控制架构。所提 MAV 基于 MPC 的闭环响应将在飞行中不同条件及附加扰动（用于复现真实飞行场景）下验证。为进一步验证所提控制架构并证明设计的有效性，所引入的火星共轴四旋翼与 MPC 方案将对比一种类 PID 控制器，类似于 Ingenuity 直升机用于位置与航向的控制架构。
引用
@article{arxiv.2109.06810,
title = {Design and Model Predictive Control of Mars Coaxial Quadrotor},
author = {Akash Patel and Avijit Banerjee and Bjorn Lindqvist and Christoforos Kanellakis and George Nikolakopoulos},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.06810},
year = {2022}
}