考林，伊恩·D。;奥列格·亚基曼科。;詹姆斯·F·威德伯恩。;阿拉斯泰尔·库克。 基于直接方法的自主四电机控制系统。 （英语） Zbl 1203.93137号 J.智力。机器人。系统。 60，第285-316号（2010年）. 摘要：本文提出了一种四旋翼无人机自主操作的实时控制算法。四驱车是一种小型灵活车辆，作为先进控制技术的优秀试验台，也适用于内部监视、搜索和救援以及远程检查。提出的控制方案包含自治的两个关键方面；轨迹规划和轨迹跟踪。利用系统的微分-平面动力学特性，将轨迹优化问题归结为虚拟域输出空间内的非线性约束优化问题，与时域无关。使用与时间相对的虚拟参数进行适当的参数化，以确保满足初始和最终约束。速度分布是独立优化的，然后使用速度因子映射到时域。轨迹跟踪是通过标准的多变量控制技术实现的，在不可行或任务改变的情况下，使用数字开关重新优化参考轨迹。本文包括使用四驱的完整动态模型进行的仿真，以证明所提出的控制方案的适用性。 引用于三文件 MSC公司： 93C85号 控制理论中的自动化系统（机器人等） 第68页第40页 机器人人工智能 关键词：基于逆动力学的控制;差动平面度;虚拟域参数化;自治系统;四电机 软件：DIDO公司;奥的斯;SOCS系统;迪科尔 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{I.D.Cowling}等人，J.Intell。机器人。系统。60，第2号，285--316（2010；Zbl 1203.93137） 全文： 内政部 参考文献： [1] Valenti，M.、Bethke，B.、Fiore，G.、How，J.P.：用于故障检测、隔离和恢复的室内多飞行器飞行试验台。收录：AIAA导航与控制会议记录科罗拉多州Keystone（2006） [2] Murphy，R.、Stover，S.、Choset，H.：2004年佛罗里达飓风季节无人驾驶车辆的使用经验教训。CRASAR-TR2005-11，AUVSI无人系统北美，马里兰州巴尔的摩，2005年6月27日至29日 [3] Murphy，R.，Stover，S.：救援机器人的差距分析。CRASAR-TR2005-12（2006） [4] Richards，A.，How，J.P.：使用混合整数线性规划进行带碰撞避免的飞机轨迹规划。摘自：2002年5月8日至10日在阿拉斯加州安克雷奇举行的美国控制会议记录 [5] Hargraves，C.R.，Paris，S.W.：使用非线性规划和配置进行直接轨迹优化。J.指南。控制动态。10（4），338–342（1987）·Zbl 0634.65052号 ·doi:10.2514/3.20223 [6] Lane，S.H.，Stengel，R.F.：使用非线性逆动力学进行飞行控制设计。Automatica 24（4），471–483（1988）·Zbl 0649.93051号 ·doi:10.1016/0005-1098（88）90092-1 [7] von Stryk，O.，Bulirsch，R.：轨迹优化的直接和间接方法。安·Oper。第37、357–373号决议（1992年）·Zbl 0784.49023号 ·doi:10.1007/BF02071065 [8] Sentoh，E.，Bryson，A.E.：期望输出的逆控制和最优控制。J.指南。控制动态。15(3), 687–691 (1992) ·数字对象标识代码：10.2514/3.20892 [9] Enright，P.J.，Conway，B.A.：使用直接转录和非线性规划的最优轨迹的离散近似。J.指南。控制动态。15(5), 994–1002 (1992) ·Zbl 0776.49015号 ·数字对象标识代码：10.2514/3.20934 [10] Lu，P.：航空航天飞机轨迹优化的逆动力学方法。J.指南。控制动态。16(4), 726–732 (1993) ·数字对象标识代码：10.2514/3.21073 [11] Seywald，H.：基于微分包含的轨迹优化。J.指南。控制动态。17(3), 480–487 (1994) ·Zbl 0812.49025号 ·数字对象标识代码：10.2514/3.21224 [12] Elnagar，J.，Kazemi，M.A.，Razzaghi，M.：离散最优控制问题的伪谱勒让德方法。IEEE传输。自动化。对照。40(10), 1793–1796 (1995) ·Zbl 0863.49016号 ·数字对象标识代码：10.1109/9.467672 [13] Kumar，R.，Seywald，H.：在通过直接方法解决最优控制问题时，是否应该消除控制？J.指南。控制动态。19(2), 418–423 (1996) ·Zbl 0866.65042号 ·doi:10.2514/3.21634 [14] Kumar，R.，Seywald，H.：用于优化和实时制导的密集稀疏离散化。J.指南。控制动态。19（2），501-503（1996）·数字对象标识代码：10.2514/3.21648 [15] Herman，A.L.，Conway，B.A.：基于高阶高斯-洛巴托求积规则的搭配直接优化。J.指南。控制动态。19(3), 592–599 (1996) ·Zbl 0866.65044号 ·doi:10.2514/3.21662 [16] Hull，D.G.：将最优控制问题转化为参数优化问题。J.指南。控制动态。20(1), 57–60 (1997) ·Zbl 0912.90256号 ·数字对象标识代码：10.2514/2.4033 [17] Betts，J.T.：使用非线性规划进行最优控制的实用方法（设计和控制进展）。费城工业与应用数学学会（2001）·Zbl 0995.49017号 [18] Conway，B.A.，Larson，K.M.：直接优化中的搭配与微分包含。J.指南。控制动态。21(5), 780–785 (1998) ·数字对象标识代码：10.2514/2.4306 [19] Fahroo，F.，Ross，I.M.：通过带微分包含的谱配置进行计算最优控制。摘自：1999年飞行力学研讨会论文集，第185-200页，NASA-Goddard航天飞行中心，绿带，1999年5月18-20日 [20] Fahroo，F.，Ross，I.M.：关于近似微分包裹体的第二次研究。J.指南。控制动态。24(1), 131–133 (2001) ·数字对象标识代码：10.2514/2.4686 [21] Fahroo，F.，Ross，I.M.：切比雪夫伪谱法直接轨迹优化。J.指南。控制动态。25(1), 160–166 (2002) ·数字对象标识代码：10.2514/2.4862 [22] Fahroo，F.，Ross，I.M.：解决非光滑最优控制问题的伪谱打结方法。J.指南。控制动态。27(3), 397–405 (2004) ·数字对象标识代码：10.2514/1.3426 [23] 巴黎，S.W.，哈格雷夫斯，C.R.:OTIS 3.0手册。波音航天与国防集团，西雅图（1996） [24] Betts，J.T.，Huffman，W.P.：稀疏最优控制软件SOCS。数学与工程分析，技术文件MEA-LR-085。波音信息和支持服务，波音公司，西雅图（1997） [25] von Stryk，O.：DIRCOL用户指南（2.1版）：最优控制问题数值解的直接配置方法。Fachgebiet Simulation und Systemoptimierung（SIM），达姆施塔特科技大学（2000） [26] Ross，I.M.：DIDO用户手册：用于解决最优控制问题的MATLAB应用程序包。Tomlab Optimization Inc.，TR 04-01.0（2004） [27] Nieuwstadt，M.J.，Murray，R.M.：零动力学微分平坦系统的近似轨迹生成。摘自：1995年12月13日至15日在洛杉矶新奥尔良举行的第34届IEEE会议决策控制会议记录 [28] Yakimenko，O.，Xu，Y.，Basset，G.：使用直接方法计算飞机的短时机动。收录：美国国际航空航天局制导、导航和控制会议及展览记录，夏威夷州火奴鲁鲁，2008年8月18日至21日·Zbl 1267.93118号 [29] Bouabdallah，A.、Noth，A.和Siegwart，R.：应用于室内微型四驱的PID与LQ控制技术。摘自：IEEE/RSJ智能机器人和系统国际会议记录，2004年9月28日至10月2日，日本仙台 [30] Kaminer，I.，Yakimenko，O.，Pascoal，A.：多无人机时间关键任务的路径生成、轨迹跟踪和协调控制。摘自：IEEE美国控制会议记录，明尼阿波利斯，明尼苏达州2006年6月14日至16日 [31] Cowling，I.D.，Whidborne，J.F.，Cooke，A.K.：四旋翼无人机的最优轨迹规划和LQR控制。收录：2006年国际会议控制会议记录，2006年8月30日至9月11日，苏格兰格拉斯哥 [32] Kaminer，I.、Yakimenko，O.、Dobrokhodov，V.、Pascoal，A.、Hovakimyan，N.、Patel，V.，Cao，C.、Young，A.：多无人机通过L1自适应输出反馈控制器执行时间关键任务的协调路径跟踪。收录于：美国国际航空协会导航、导航和控制会议及展览记录，希尔顿海德，南卡罗来纳州，2007年8月20日至23日 [33] Taranenko，V.T.：应用Ritz、Poincare和Lyapunov方法解决飞行动力学问题的经验。莫斯科空军工程学院出版社（1968年，俄文） [34] Taranenko，V.T.，Momdzhi，V.G.：飞行动力学边界问题中的直接变分法。莫斯科Mashinostronie出版社（1968年，俄文） [35] Neljubov，A.I.：采用二维推力矢量飞机的作战、起飞/爬升和着陆进近机动的数学计算方法。载人飞行器的飞行特性和作战机动。莫斯科空军工程学院出版社（1968年，俄文） [36] Yakimenko，O.：近最优飞机轨迹快速原型的直接方法。J.指南。控制动态。23(5), 865–875 (2000) ·数字对象标识代码：10.2514/2.4616 [37] Fliess，M.，Levine，J.，Martin，Ph.，Rouchon，P.：非Linéarits Differentiellement Plats的系统。C.R.学院。科学。，巴黎315（塞里埃一世），619-624（1992） [38] Martin，P.，Devasia，S.，Paden，B.：输出跟踪的不同观点：垂直起降飞机的控制。1994年12月14日至16日，佛罗里达州布埃纳维斯塔湖，第33届IEEE会议决策控制会议记录·Zbl 0850.93583号 [39] Milam，M.B.，Mushambi，K.，Murray，R.：约束机械系统实时轨迹生成的新计算方法。收录：2000年12月12日至15日，澳大利亚新南威尔士州悉尼，第39届IEEE会议决策控制会议记录 [40] Koo，T.J.，Sastry，S.：基于差分平面度的全权限直升机设计。摘自：1999年12月7日至10日在亚利桑那州凤凰城举行的第38届IEEE会议决策控制会议记录 [41] Beji，L.，Abichou，A.：流线型转子微型旋翼机：轨迹生成和跟踪。国际J控制自动。系统。3（1），87–99（2005） [42] Driessen，B.J.，Robin，A.L.：X4 Flyer旋翼飞行器的全球收敛跟踪控制器，用于正推力参考轨迹。Robotica 4，375–388（2004）·doi:10.1017/S0263574704000165 [43] Mathworks的实时研讨会。http://www.mathworks.com/products/rtw/ [44] Cowling，I.D.，Whidborne，J.F.，Cooke，A.K.：用于四旋翼飞行器自主操作的MBPC。收录：第21届国际无人机系统会议记录，英国布里斯托尔，2006年4月3日至5日 [45] Castillo，P.、Dzul，A.、Lozano，R.：四旋翼微型旋翼机的实时稳定和跟踪。IEEE传输。控制系统。Technol公司。12(4), 510–516 (2004) ·doi:10.1109/TCST.2004.825052 [46] 库克，M.V.：飞行动力学原理。巴特沃斯·海尼曼（Butterworth Heinemann），牛津（1997） [47] Chelouah，A.：微分平场和Liouvilian系统的扩展。收录：1997年12月10日至12日，加利福尼亚州圣地亚哥，第36届IEEE会议决策控制会议记录 [48] Alekhin，D.V.，Yakimenko，O.A.：用直接变分法综合规划航路飞行轨迹的优化算法。J.计算。系统。科学。国际38（4），650-666（1999）·Zbl 1082.93554号 [49] Dobrokhodov，V.N.，Yakimenko，O.A.：飞机与机动目标交会阶段的轨迹控制算法综合。J.计算。系统。科学。国际38（2），262-277（1999）·Zbl 1082.93560号 [50] Bevilacqua，R.，Yakimenko，O.，Romano，M.：准最优对接轨迹的在线生成。摘自：2006年7月16日至20日在英国伦敦格林威治举行的第七届空间系统和结构动力学与控制国际会议记录 [51] Eikenberry，B.，Yakimenko，O.，Romano，M.：多个群集机器人之间基于视觉的导航：建模和仿真。In:AIAA建模与仿真技术会议记录，科罗拉多州Keystone，2006年8月21日至24日 [52] Yakimenko，O.：最优控制实时原型的直接方法。摘自：2006年8月30日至9月11日在苏格兰格拉斯哥举行的2006年国际会议记录 [53] Vlassenbroeck，J.，Van Dooren，R.：解决非线性最优控制问题的切比雪夫技术。IEEE传输。自动化。对照。33(4), 333–340 (1988) ·Zbl 0643.49027号 ·doi:10.1109/9.192187 [54] Huzmezan，M.，Dumont，G.A.，Gough，W.A.，Kovac，S.：基于拉盖尔的多变量间接自适应预测控制是过程控制的可靠实用解决方案。In:IASTED建模和控制会议记录，奥地利因斯布鲁克，2001年2月18日至21日 [55] Boyarko，G.，Romano，M.，Yakimenko，O.：使用基于逆动力学的直接优化方法实现航天器的时间最优再定向。摘自：IEEE航空航天会议记录，2010年3月6日至13日，马萨诸塞州大天空 [56] Slegers，N.，Yakimenko，O.：自主翼伞末端制导的最佳控制。摘自：2009年5月4日至7日于华盛顿州西雅图举行的第20届AIAA空气动力减速器系统技术会议和研讨会记录 [57] Schilling，R.J.，Harris，S.L.：使用MATLAB和C的工程师应用数值方法，第336–337页。布鲁克斯/科尔出版公司，太平洋格罗夫出版社（2000年） [58] Cooke，A.K.，Fitzpatrick，E.：直升机测试与评估。Blackwell和QinetiQ，牛津（2002） [59] Pontrjagin，L.，Boltjanskiy，V.，Gamkrelidze，R.，Mishenko，E.：最优过程的数学理论。Interscience，纽约（1962） 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH 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