34、基于近似线性化的自主八旋翼飞行器控制

基于近似线性化的自主八旋翼飞行器控制

1 引言

在自主飞行器控制领域，八旋翼飞行器的控制是一个具有挑战性的问题。传统的控制方法在应用于八旋翼飞行器模型时存在诸多缺点，如需要复杂的状态变量变换、逆变换来计算控制输入，且一些方法（如MPC、NMPC等）因系统的强非线性而难以应用或无法保证收敛性。因此，探索适合八旋翼飞行器的有效控制方法至关重要。

2 八旋翼飞行器动态模型

2.1 状态空间描述

八旋翼飞行器是一种由八个位于八角形顶点的电机驱动的无人机。其在惯性参考系中的动态模型由以下一组方程描述：
[
\begin{cases}
\ddot{x} = \frac{U_1}{m} (\sin(\psi) \sin(\varphi) + \cos(\psi) \sin(\theta) \cos(\varphi)) - \frac{K_{ft,x}}{m} \dot{x}\
\ddot{y} = \frac{U_1}{m} (-\cos(\psi) \sin(\varphi) + \sin(\psi) \sin(\theta) \cos(\varphi)) - \frac{K_{ft,y}}{m} \dot{y}\
\ddot{z} = \frac{U_1}{m} (\cos(\theta) \cos(\psi)) - \frac{K_{ft,z}}{m} \dot{z} - g\
\ddot{\varphi} = \frac{I_y - I_z}{I_x} \dot{\theta} \dot{\psi} - \frac{I_{rotor}}{I_x} \dot{\theta} \gamma - \fra