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🔥 内容介绍
无人机在现代社会中有着广泛的应用,如航拍、物流运输和军事侦察等。为了实现无人机的自主飞行,需要设计有效的控制算法来控制无人机的运动。模型预测控制(MPC)是一种先进的控制算法,它通过预测系统未来的状态来计算控制输入,从而实现对系统的最优控制。
模型预测控制(MPC)
MPC 是一种基于模型的控制算法,它使用系统模型来预测系统未来的状态。MPC 的基本原理是:
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**预测:**根据当前状态和控制输入,预测系统未来的状态。
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**优化:**在预测的时间范围内,优化控制输入,使得系统状态跟踪预期的参考轨迹。
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**执行:**仅执行优化后的第一个控制输入,并重复上述步骤。
无人机圆轨迹设计
无人机的圆轨迹设计是指设计一个控制算法,使无人机沿着圆形轨迹飞行。圆轨迹的半径和速度可以根据任务需求进行调整。
基于 MPC 控制器实现无人机圆轨迹设计
基于 MPC 控制器实现无人机圆轨迹设计的基本步骤如下:
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**建立无人机模型:**建立无人机的数学模型,包括动力学方程和运动学方程。
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**设计 MPC 控制器:**根据无人机模型和控制目标,设计 MPC 控制器,包括预测模型、目标函数和约束条件。
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**仿真验证:**在仿真环境中验证 MPC 控制器的性能,并根据仿真结果对控制器进行调整。
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**实机测试:**在实机上测试 MPC 控制器的性能,并根据测试结果对控制器进行进一步优化。
📣 部分代码
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% About: MPC Controller design for UAV tracking circular trajectory at%%% a height of 5m with an angular velocity of 0.1 rad/sec%%% while maintaining 0 heading.%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%clear allclose allclc% Define the parametersg = 9.81; % Acceleration due to gravity (m/s^2)m = 1; % Mass (kg)Ixx = 9.3e-3; % Moment of inertia about x-axis (kg*m^2)Iyy = 9.2e-3; % Moment of inertia about y-axis (kg*m^2)Izz = 15.1e-3; % Moment of inertia about z-axis (kg*m^2)w = 0.1; % Angular velocity (rad/s)radius = 5; % Radius (m)height = 5; % Height (m)% MPC controllerdt = 0.1; % sample time (sec)Np = 40; % prediction horizonNc = 10; % control horizonT_sim = 80; % Total simulation time (sec)% Simulation timet = 0:dt:T_sim;Nt = length(t);% State MatrixA = [0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0;0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0;0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0;0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, -g, 0, 0, 0, 0;0, 0, 0, 0, 0, 0, g, 0, 0, 0, 0, 0;0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0;0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0;0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0;0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1;0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0;0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0;0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0];% Control MatrixB = [0, 0, 0, 0;0, 0, 0, 0;0 % create first subplotplot(t, y(:,5))% Add labels and titlexlabel('Time (sec)')ylabel('v (m/sec)')title('Y')grid onsubplot(3, 1, 3); % create first subplotplot(t,y(:,6))% Add labels and titlexlabel('Time (sec)')ylabel('w(m/sec)')title('Z')grid on%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%figure ('Name','Control inputs')sgtitle('Control Inputs')% Plot the pointssubplot(4, 1, 1); % create first subplotplot(t, u(:,1))% Add labels and titlexlabel('时间(sec)')ylabel('力矩(N)')title('总向上力(F-gm)')grid onsubplot(4, 1, 2); % create first subplotplot(t, u(:,2))% Add labels and titlexlabel('时间(sec)')ylabel('力矩(Nm)')title('螺距扭矩')grid onsubplot(4, 1, 3); % create first subplotplot(t,u(:,3))% Add labels and titlexlabel('时间(sec)')ylabel('力矩(Nm)')title('滚动力矩')grid onsubplot(4, 1, 4); % create first subplotplot(t,u(:,4))% Add labels and titlexlabel('时间(sec)')ylabel('力矩(Nm)')title('偏航力矩')grid on%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
⛳️ 运行结果






基于 MPC 控制器实现无人机圆轨迹设计是一种有效的方法,可以实现无人机沿着圆形轨迹的自主飞行。MPC 控制器的预测能力和优化算法使其能够处理非线性系统和约束条件,从而提高了控制系统的鲁棒性和性能。
🔗 参考文献
[1] 王珺旸.基于分层架构的个性化自动换道系统规划控制策略研究[D].吉林大学[2024-02-20].
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2 机器学习和深度学习方面
2.1 bp时序、回归预测和分类
2.2 ENS声神经网络时序、回归预测和分类
2.3 SVM/CNN-SVM/LSSVM/RVM支持向量机系列时序、回归预测和分类
2.4 CNN/TCN卷积神经网络系列时序、回归预测和分类
2.5 ELM/KELM/RELM/DELM极限学习机系列时序、回归预测和分类
2.6 GRU/Bi-GRU/CNN-GRU/CNN-BiGRU门控神经网络时序、回归预测和分类
2.7 ELMAN递归神经网络时序、回归\预测和分类
2.8 LSTM/BiLSTM/CNN-LSTM/CNN-BiLSTM/长短记忆神经网络系列时序、回归预测和分类
2.9 RBF径向基神经网络时序、回归预测和分类
1990

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