Planning and Control for a Dynamic Morphing-Wing UAV Using a Vortex Particle Model

要約

無人航空機(UAV)で正確で高度に動的な操縦を実現することは、関連する空力学が複雑であるため、大きな課題である。特に、非定常効果（失速後や機体の急激なモーフィング時に発生する可能性がある）は、最新の飛行制御システムの性能に悪影響を及ぼす可能性がある。本論文では、アグレッシブな操縦時の非定常空力特性を推論できる渦粒子モデルと関連するモデルベース制御器を紹介する。我々は、失速後のパーチングマニューバを実行するモーフィング翼UAVを用いて、我々のアプローチをハードウェアで評価した。その結果、非定常空力モデルの使用は、固定翼と動的翼の両方のパーチング時の性能を向上させるが、準定常空力と計画された翼モーフィングを使用すると性能が低下することがわかった。本論文の焦点は事前に計算された制御方針であるが、十分な計算資源があれば、我々のアプローチは将来的にオンラインプランニングを可能にすると信じている。

要約(オリジナル)

Achieving precise, highly-dynamic maneuvers with Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) is a major challenge due to the complexity of the associated aerodynamics. In particular, unsteady effects — as might be experienced in post-stall regimes or during sudden vehicle morphing — can have an adverse impact on the performance of modern flight control systems. In this paper, we present a vortex particle model and associated model-based controller capable of reasoning about the unsteady aerodynamics during aggressive maneuvers. We evaluate our approach in hardware on a morphing-wing UAV executing post-stall perching maneuvers. Our results show that the use of the unsteady aerodynamics model improves performance during both fixed-wing and dynamic-wing perching, while the use of wing-morphing planned with quasi-steady aerodynamics results in reduced performance. While the focus of this paper is a pre-computed control policy, we believe that, with sufficient computational resources, our approach could enable online planning in the future.

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