Geometric Tracking Control of Omnidirectional Multirotors for Aggressive Maneuvers

要約

全方向性マルチローターは、並進運動と回転運動を分離した操作性を備えており、従来のマルチローターの運動能力に取って代わります。
このような操縦性は、推力の振幅と方向を頻繁に変更できる全方向性マルチローターの能力によって実現されます。
その際、ローター固有のダイナミクスによって引き起こされるローターの整定時間は、特に攻撃的な飛行において、全方向性マルチローターの追従性能に大きな影響を与えます。
この問題を解決するために、ローターのダイナミクスを考慮し、追加のローター状態測定を必要としない新しい追跡コントローラーを提案します。
提案したコントローラーがほぼ全体的な指数安定性をもたらすことを証明します。
提案されたコントローラーは実験で検証され、ベースラインの幾何学的な PD コントローラーと比較して、複数の攻撃的な操作で追跡性能が大幅に向上することが実証されました。

要約(オリジナル)

An omnidirectional multirotor has the maneuverability of decoupled translational and rotational motions, superseding the traditional multirotors’ motion capability. Such maneuverability is achieved due to the ability of the omnidirectional multirotor to frequently alter the thrust amplitude and direction. In doing so, the rotors’ settling time, which is induced by inherent rotor dynamics, significantly affects the omnidirectional multirotor’s tracking performance, especially in aggressive flights. To resolve this issue, we propose a novel tracking controller that takes the rotor dynamics into account and does not require additional rotor state measurement. We prove that the proposed controller yields almost global exponential stability. The proposed controller is validated in experiments, where we demonstrate significantly improved tracking performance in multiple aggressive maneuvers compared with a baseline geometric PD controller.

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