基于非线性模型预测控制的可倾斜四旋翼飞行器伺服集成控制

利用伺服电机倾斜每个螺旋桨，将四旋翼飞行器从受控约束系统转化为过控制系统，使姿态与位置能独立控制，为空中操作提供了优势。然而，这一增强也引入了模型非线性性、伺服响应迟滞以及受限工作范围，给动态控制带来了挑战。本文提出一种基于非线性模型预测控制(NMPC)的控制方法，用于倾斜四旋翼。不同于传统级联方法，本方法保留完整动力学，不进行化简。直接以旋翼推力和伺服角度作为控制输入，并考虑其受限工作范围作为输入约束。值得注意的是，我们在 NMPC 框架内集成了一阶伺服模型。仿真结果表明，集成伺服动力学不仅提升了控制性能，还是优化收敛的关键因素。为评估方法有效性，我们制造了倾斜四旋翼并在 100 Hz 频率下在机载部署该算法。大量现实实验表明，该方法实现了快速、稳健且平滑的姿态轨迹跟踪。