DQ-NMPC：用于四旋翼飞行的双四元数非线性模型预测控制
机器人学
2025-10-30 v1
摘要
机动式无人机（MAV）在物流到应急响应等复杂任务中具有巨大的潜力，其灵活性使其成为在复杂动态环境中进行操作的理想选择。然而，由于四旋翼机的非完全受控特性以及其转移和旋转动力学之间的强耦合，实现灵活飞行中的精确控制仍然是一个重大挑战。本文提出了一种基于双四元数（DQ-NMPC）的 novel 非线性模型预测控制框架，用于四旋翼飞行。通过在双四元数流形上直接表示四旋翼动力学和姿态误差，我们的方法实现了一种紧凑且全局非奇异的表述，能够捕捉到四旋翼耦合动力学。我们通过仿真和实际实验验证了该方法，显示出更好的数值条件和显著改善的跟踪性能，位置误差和姿态误差分别降低了最高可达 56.11% 和 56.77%，与传统基线 NMPC 方法相比。此外，本控制器成功处理了激进轨迹，在受限空间条件下（尺寸为 11 米 × 4.5 米 × 3.65 米）达到最高速度可达 13.66 米/秒，加速度可达 4.2 g，而基线控制器在此条件下会失败。
引用
@article{arxiv.2510.11525,
title = {DQ-NMPC: Dual-Quaternion NMPC for Quadrotor Flight},
author = {Luis F. Recalde and Dhruv Agrawal and Jon Arrizabalaga and Guanrui Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.11525},
year = {2025}
}
备注
Accepted to IEEE Robotics and Automation Letters