多状态约束下四旋翼的鲁棒轨迹跟踪与载荷投送

随着四旋翼在救援行动、基础设施维护等应用中的极大普及，当四旋翼在各种操作场景中必须穿越受限空间时，一个关键的控制设计挑战随之出现：例如，在预定义速度和空间内巡检管道、在狭窄空间下于精确位置投放救援物资等，且面临参数不确定性和外部扰动。为应对此类场景，控制器需要确保预定义的跟踪精度以不违反约束，同时应对不确定性和扰动。然而，处理受限系统运动的现有控制器要么不适用于四旋翼这类欠驱动系统，要么无法在全状态约束下处理系统不确定性。本工作试图通过设计基于障碍李雅普诺夫函数（Barrier Lyapunov Function, BLF）的鲁棒控制器来填补文献中的这一空白，以在满足多重状态约束的同时应对参数不确定性和外部扰动。展示了 BLF 控制方法相对于典型无约束控制器的优越性，随后进行了鲁棒控制设计以满足四旋翼动力学的位置和姿态约束。最后，通过鲁棒控制满足了四旋翼的全状态约束（即位置、姿态、线速度和角速度的约束）。针对每种控制设计，均从解析上研究了闭环系统稳定性，并通过逼真仿真场景或在真实四旋翼上进行的实验广泛验证了设计的有效性。