NMPC-Lander：用于移动平台上无人机着陆的带障碍函数的非线性模型预测控制
机器人学
2025-05-08 v1
摘要
四旋翼飞行器是一种多功能空中机器人，在众多关键应用中日益普及。然而，其操作效能受到有限电池寿命和受限飞行范围的制约。为应对这些挑战，无人机在固定或移动充电及电池更换站上的自主着陆已成为一项基本能力。在本研究中，我们提出了NMPC-Lander，这是一种新颖的控制架构，它将非线性模型预测控制（NMPC）与控制障碍函数（CBF）相结合，以实现精确且安全的静态和动态平台自主着陆。我们的方法采用NMPC进行精确的轨迹跟踪和着陆，同时结合CBF以确保与静态障碍物的碰撞避免。在真实硬件上的实验评估证明了着陆场景中的高精度，静态和移动平台的平均最终位置误差分别为9.0厘米和11厘米。值得注意的是，NMPC-Lander在位置跟踪方面的性能比B样条结合A*规划方法高出近三倍，突显了其卓越的鲁棒性和实际有效性。
引用
@article{arxiv.2505.03931,
title = {NMPC-Lander: Nonlinear MPC with Barrier Function for UAV Landing on a Mobile Platform},
author = {Amber Batool and Faryal Batool and Roohan Ahmed Khan and Muhammad Ahsan Mustafa and Aleksey Fedoseev and Dzmitry Tsetserukou},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.03931},
year = {2025}
}
备注
This manuscript has been submitted to the IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (SMC), 2025