面向多旋翼机的地面效应建模与控制
机器人学
2025-06-25 v1
摘要
多旋翼机的地面效应会引发诸多挑战，如由于额外升力导致的控制误差、在近地飞行期间因外部扭矩可能出现的振荡，以及地面气流对模型（如旋翼阻力和混合矩阵）的影响。本文通过各种方法（包括力量测量平台和实际飞行）收集和分析了近地多旋翼飞行的数据。首次，我们总结了多旋翼机在地面效应下的外部扭矩的数学模型。地面气流对旋翼阻力和混合矩阵的影响也通过充分的实验和分析得到了验证。通过化简和推导，确认了多旋翼机动力学模型在地面效应下的微分平坦性。为减轻这些扰动模型对控制的影响，我们提出一种结合动态反演和扰动模型的控制方法，确保在高和低两类高度都具有一致的控制效果。该方法通过馈前模型补偿地面效应下的额外推力和旋翼阻力变化。地面效应的 leveling torque 可等价地表示为质心和惯性矩的变化，从而在动力学模型中不显式出现。最终的实验结果表明，本文提出的方法将控制误差（RMSE）降低了\textbf{45.3\%}。请查阅补充材料：https://github.com/ZJU-FAST-Lab/Ground-effect-controller。
引用
@article{arxiv.2506.19424,
title = {Ground-Effect-Aware Modeling and Control for Multicopters},
author = {Tiankai Yang and Kaixin Chai and Jialin Ji and Yuze Wu and Chao Xu and Fei Gao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.19424},
year = {2025}
}