Guided Time-optimal Model Predictive Control of a Multi-rotor

要約

マルチローターの最適時間制御は、そのダイナミクスの作動不足と非線形性により未解決の問題のままであり、この問題を直接解決することが困難になっています。
この論文では、マルチローターの時間最適制御問題を研究します。
まず,現状と目標状態に応じて限界推力を合理的に3方向に分解できる推力限界最適分解法を提案する。
その結果、推力制限制約は線形制約として分解されます。
線形制約と分離されたダイナミクスにより、時間的に最適な誘導軌道を取得できます。
次に、時間的に最適な誘導軌道に基づいてコスト関数が定義されます。この軌道は二次形式であり、システム出力の時間的に最適なパフォーマンスを評価するために使用できます。
最後に、コスト関数に基づいて、時間最適制御問題が MPC (モデル予測制御) 問題として再定式化されます。
実験結果は、提案された方法の実現可能性と妥当性を示しています。

要約(オリジナル)

Time-optimal control of a multi-rotor remains an open problem due to the under-actuation and nonlinearity of its dynamics, which make it difficult to solve this problem directly. In this paper, the time-optimal control problem of the multi-rotor is studied. Firstly, a thrust limit optimal decomposition method is proposed, which can reasonably decompose the limited thrust into three directions according to the current state and the target state. As a result, the thrust limit constraint is decomposed as a linear constraint. With the linear constraint and decoupled dynamics, a time-optimal guidance trajectory can be obtained. Then, a cost function is defined based on the time-optimal guidance trajectory, which has a quadratic form and can be used to evaluate the time-optimal performance of the system outputs. Finally, based on the cost function, the time-optimal control problem is reformulated as an MPC (Model Predictive Control) problem. The experimental results demonstrate the feasibility and validity of the proposed methods.

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