六自由度无人机飞行控制的四元数滑模控制
机器人学
2025-12-04 v3 系统与控制
系统与控制
摘要
尽管对四元数滑模控制 (SMC) 的无人机设计进行了广泛研究，但现有方法仍存在局限性。基于欧拉角的 SMC 公式在高俯仰或滚转机动中性能较差。四元数-based SMC 方法存在 unwinding 问题且架构复杂。坐标无关方法缓慢且仅近全局稳定。本文提出了一种新的六自由度 SMC 飞行控制器以解决上述局限性。我们采用级联架构，外环位置控制器和内环四元数姿态控制器。位置控制器使用坐标无关方法为姿态控制器生成期望轨迹。四元数姿态控制器利用四元数超球体的自然特征，具有简单结构，同时提供全局稳定性，避免 unwinding 问题。我们与三种其他常见控制方法进行比较，进行具有挑战性的机动，如翻转和在模型不确定性和扰动存在下的高速轨迹跟踪。我们的控制器在控制 effort 和执行器饱和方面始终优于基准方法，提供了高效且高效的飞行控制。
引用
@article{arxiv.2403.10934,
title = {Quaternion-Based Sliding Mode Control for Six Degrees of Freedom Flight Control of Quadrotors},
author = {Amin Yazdanshenas and Reza Faieghi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.10934},
year = {2025}
}