$\pi$-MPPI：面向固定翼空中车辆的投影基模型预测路径积分方案

Edvin Martin Andrejev; Amith Manoharan; Karl-Eerik Unt; Arun Kumar Singh

doi:10.1109/LRA.2025.3568323

$\pi$-MPPI：面向固定翼空中车辆的投影基模型预测路径积分方案

机器人学 2025-05-22 v2 系统与控制系统与控制

作者: Edvin Martin Andrejev , Amith Manoharan , Karl-Eerik Unt , Arun Kumar Singh

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摘要

模型预测路径积分（MPPI）是一种流行的采样基模型预测控制（MPC）算法，用于非线性系统。它通过抽取控制序列并对其进行平均来优化轨迹。然而，MPPI的一个关键问题是最优控制序列的非平滑性，导致固定翼空中车辆（FWVs）等系统出现振荡。现有解决方案采用事后平滑，无法对控制导数进行界限。本文引入新方法：在最小纠正控制样本的基础上添加投影滤波器 $\pi$ ，以确保控制幅值和高阶导数的界限。经滤波的样本随后使用MPPI进行平均，形成我们的 $\pi$ -MPPI方法。我们通过使用神经加速的定制优化器来降低投影滤波器的计算开销。 $\pi$ -MPPI提供了实现控制序列任意平滑度的简单方法。虽然我们聚焦于FWVs，但该投影滤波器可集成到任何MPPI管道中。应用于FWVs时， $\pi$ -MPPI比基线更容易调参，实现更平滑、更稳健的性能。

关键词

模型预测控制 MPPI 最优控制固定翼空中车辆投影滤波器

引用

@article{arxiv.2504.10962,
  title  = {$\pi$-MPPI: A Projection-based Model Predictive Path Integral Scheme for Smooth Optimal Control of Fixed-Wing Aerial Vehicles},
  author = {Edvin Martin Andrejev and Amith Manoharan and Karl-Eerik Unt and Arun Kumar Singh},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2504.10962},
  year   = {2025}
}

备注

8 pages, 4 figures, submitted to IEEE RA-L

$\pi$-MPPI：面向固定翼空中车辆的投影基模型预测路径积分方案

摘要

关键词

引用

备注

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