Die Studie präsentiert einen neuen Ansatz für die Flugsteuerung von Quadrocoptern mit sechs Freiheitsgraden, der auf einer Quaternionen-basierten Gleitmodellsteuerung (SMC) basiert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden, die auf Euler-Winkeln oder geometrischen Ansätzen basieren, bietet dieser Ansatz folgende Vorteile:
Globale Stabilität: Der Ansatz nutzt die natürlichen Eigenschaften der Quaternionen-Hypersphäre, um eine globale Stabilität zu erreichen.
Vermeidung von Modellvereinfachungen: Im Gegensatz zu Euler-basierten Ansätzen werden die Rotationsdynamiken nicht vereinfacht, was eine effektive Flugsteuerung auch bei aggressiven Manövern ermöglicht.
Vermeidung des Quaternionen-Unwinding-Problems: Durch den Einsatz einer speziellen Sliding-Surface-Formulierung wird das Unwinding-Problem vermieden, das bei vielen Quaternionen-basierten Ansätzen auftritt.
Der Ansatz verwendet eine kaskadierte Struktur mit einem Positionsregler in der äußeren Schleife und einem Quaternionen-basierten Lageregeler in der inneren Schleife. Der Positionsregler generiert die gewünschte Trajektorie für den Lageregeler unter Verwendung eines koordinatenfreien Ansatzes.
In Simulationen wurde der Ansatz mit anderen gängigen Methoden wie der geometrischen Steuerung und der Euler-basierten SMC verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass der vorgeschlagene Ansatz eine konsistent bessere Leistung bei aggressiven Manövern wie Überschlägen und Hochgeschwindigkeits-Trajektorienflug bietet, bei gleichzeitig geringerem Stellaufwand und weniger Sättigung der Aktoren.
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by Amin Yazdans... о arxiv.org 03-19-2024
https://arxiv.org/pdf/2403.10934.pdfГлибші Запити