基于冗余观测器的缆索连接无人机物体提取跟踪控制
机器人学
2025-07-15 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
针对同时受到轻型弹性系留缆索和集总垂直扰动影响的四旋翼飞行器，提出了一种新的基于扰动观测器的控制方案。这种弹性系留缆索的特殊之处在于，它产生的扰动与多旋翼的平移运动成正比。本文采用基于观测器的方法来估计缆索的刚度系数，并利用系统模型更新对外部力的估计，然后在控制作用中进行补偿。鉴于系留缆索力同时影响四旋翼的两个水平通道，并且与垂直通道耦合，所提出的扰动观测器被构建为利用所有三个通道的冗余测量来联合估计缆索刚度和垂直扰动。采用伪逆方法确定观测器增益函数，使得这两个量的估计解耦且稳定。与假设扰动近乎恒定的标准扰动观测器相比，所提出的方法能在系留四旋翼改变其位置或缆索张紧度时快速调整其总力估计。该方法应用于两个实验：一个是多旋翼在恒定缆索应变下运动的跟踪性能测试，另一个是物体提取测试。在第二个测试中，多旋翼操纵一个模拟楔入物体提取的非线性机构。在这两种情况下，所提出的方法均显示出相对于标准扰动观测器和扩展状态观测器方法的显著改进。实验视频摘要可见于https://youtu.be/9gKr13WTj-k。
引用
@article{arxiv.2410.23929,
title = {Redundant Observer-Based Tracking Control for Object Extraction Using a Cable Connected UAV},
author = {Benjamin J. Marshall and Yunda Yan and James Knowles and Chenguang Yang and Cunjia Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.23929},
year = {2025}
}