下一代空中机器人——全向姿态策略：动态建模、控制与比较分析
机器人学
2025-09-26 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
传统多旋翼机属于受约束的系统，无法独立控制姿态与位置。本文提出了若干不同配置的方案，通过引入额外的控制输入来调节螺旋桨轴向的角度，从而克服上述局限性，使系统具备“全向姿态”能力。我们对所有引入的配置进行了完整的动态模型推导，并通过 Simscape Multibody 模拟进行验证。设计了两种控制器：一种是用于鲁棒抗扰动的滑模控制器，另一种是集成重力补偿、结合线性与非线性分配器的新型 PID 控制器，旨在实现计算效率。实现了一种自定义的控制分配策略，以管理这些系统的输入-非仿射特性，同时通过最小化本文定义的“功耗因子”来延长电池寿命。两种控制器均能有效应对严酷的扰动与不确定性。仿真对比分析了所提配置与控制器，重点考量其功耗。此外，本文进行了定性比较，评估不同类型不确定性对控制系统的影响，揭示了潜在的模型或硬件改进方向。本研究为未来研究人员提供了基于其设计目标设计全向姿态无人机的路线图，提供了配置选择与控制器设计的实用见解。这一研究与 SAC-1 项目的目标相吻合，Sharif AgRoLab 的一个项目目标。
引用
@article{arxiv.2509.21210,
title = {Next-Generation Aerial Robots -- Omniorientational Strategies: Dynamic Modeling, Control, and Comparative Analysis},
author = {Ali Kafili Gavgani and Amin Talaeizadeh and Aria Alasty and Hossein Nejat Pishkenari and Esmaeil Najafi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.21210},
year = {2025}
}