四旋翼推力矢量化作用于球面摆动的控制平台——一种新型机电与控制基准平台
系统与控制
2025-06-30 v1 系统与控制
摘要
电动摆动系统被认为是控制系统教育中最常用的实验原型之一，因其与工业中机器人操作臂控制的相关性而广为人知。与此同时，多旋翼无人机（如四旋翼）在工业应用中日益流行，但在控制教育实验中却未得到广泛采用。带有摆动和多旋翼的平台具有经典而引人入胜的多自由度（DoF）动力学和坐标系，适用于控制系统的探讨。本文引入了一种新型控制平台，其中的2自由度摆动，可实现方位和仰角旋转，通过四旋翼产生的矢量化推力来实现。作为机电和非线性控制教育与研究的基准平台，该系统集成了详细的机电实现与不同控制策略。具体而言，我们应用并比较了小扰动线性化（SPL）、状态反馈线性化（SFL）和部分反馈线性化（PFL）用于非线性系统动力学。通过阶跃响应时间规范和轨迹跟踪的均方根（RMS）误差来评估其性能。通过外部扰动验证了闭环系统的鲁棒性，同时提出了仿真和实验结果，以突出非线性基于模型的控制方法的优势与局限性。
引用
@article{arxiv.2506.22410,
title = {Spherical Pendulum with Quad-Rotor Thrust Vectoring Actuation -- A Novel Mechatronics and Control Benchmark Platform},
author = {Yuchen Li and Omar Curiel and Sheng-Fan Wen and Tsu-Chin Tsao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.22410},
year = {2025}
}