$\mathcal{L}_1$Quad: $\mathcal{L}_1$ Adaptive Augmentation of Geometric Control for Agile Quadrotors with Performance Guarantees

要約

不完全なモデル知識や外乱が存在する場合でも予測どおりに動作できるクアドロタは、安全性が重視されるアプリケーションでは非常に重要です。
我々は、特別なユークリッド群 SE(3) 上のクアローターの不確実なダイナミクスの一様に制限された過渡応答を保証する制御アーキテクチャである L1Quad を紹介します。
L1Quad アーキテクチャは、幾何学的コントローラーと L1 適応コントローラーを活用することにより、並進力学と回転力学の両方に非線形 (時間と状態に依存する) 不確実性が存在する場合のクアローターの追跡コントローラーの設計と解析のための理論的に正当なフレームワークを提供します。
さらに、さまざまな軌道にわたる 11 種類の不確実性に対する広範な実験を通じて、L1Quad アーキテクチャのパフォーマンスを検証します。
結果は、L1Quad が不確実性や外乱にもかかわらず、一貫して小さな追跡誤差を達成でき、既存の最先端のコントローラーよりも大幅に優れていることを示しています。

要約(オリジナル)

Quadrotors that can operate predictably in the presence of imperfect model knowledge and external disturbances are crucial in safety-critical applications. We present L1Quad, a control architecture that ensures uniformly bounded transient response of the quadrotor’s uncertain dynamics on the special Euclidean group SE(3). By leveraging the geometric controller and the L1 adaptive controller, the L1Quad architecture provides a theoretically justified framework for the design and analysis of quadrotor’s tracking controller in the presence of nonlinear (time- and state-dependent) uncertainties on both the translational and rotational dynamics. In addition, we validate the performance of the L1Quad architecture through extensive experiments for eleven types of uncertainties across various trajectories. The results demonstrate that the L1Quad can achieve consistently small tracking errors despite the uncertainties and disturbances and significantly outperforms existing state-of-the-art controllers.

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