0.這篇文章干了啥？

這篇文章主要研究了四軸飛行器在避開障礙物時的運動控制問題。他們提出了一種新的設(shè)計方案，基于低成本的動態(tài)線性優(yōu)化，針對不確定條件下的障礙物進行自適應學習控制。首先，他們提出了一種針對無人機模型的非線性變量增益PID（NLVG-PID）控制器。其次，他們采用極值搜索（ES）算法來學習在離線最大或最小誤差階躍信號中的最佳NLVG-PID參數(shù)。最后，他們進行了數(shù)值模擬實驗，并表明所提出的自適應學習控制器可以減少在典型3D路徑曲線（如風暴路徑）中的響應超調(diào)和穩(wěn)定時間。

下面一起來閱讀一下這項工作~

1. 論文信息

論文題目：Low-cost adaptive obstacle avoidance trajectory control for express delivery drone

作者：Yanhui Zhang, Caisheng Wei等

作者機構(gòu)：School of Aeronautics and Astronautics, Zhejiang University等

2. 摘要

本文研究了用于快遞投遞的四軸飛行器障礙物避障軌跡控制（OATC）問題。提出了一種新的非線性自適應學習控制器，該控制器成本低廉且適用于不同輪距大小的無人機，以適應無人機投遞任務中的大角度機動和負載變化。該控制器由非線性可變增益（NLVG）函數(shù)和極值搜索（ES）算法組成，以減小超調(diào)和穩(wěn)定時間。最后，在四軸飛行器上進行了模擬實驗，驗證了所提出的控制方案在兩種典型的無碰撞軌跡下的有效性。

3. 效果展示

3D視圖中的風暴類型障礙物避讓路徑。

在X-Y視圖中的風暴類型障礙物避讓路徑。

3D視圖中的利薩茹型路徑。

X-Y視圖中的利薩茹型路徑。

4. 主要貢獻

分析了固定增益PID控制器的結(jié)構(gòu)以及非線性動力學和運動學模型。

設(shè)計了一個適用于遞送四軸飛行器的NLVG-PID控制器，并引入了極值搜索來學習在邊界條件下的最優(yōu)非線性PID參數(shù)。據(jù)作者所知，這是第一個在遞送無人機中使用的NLVG-PID障礙物避障控制器。

在四軸飛行器上進行了模擬實驗，驗證了所提出的控制方案在兩種典型的無碰撞軌跡下的有效性。

5. 基本原理是啥？

這篇文章的基本原理是通過設(shè)計一種新穎的非線性自適應學習控制器，用于快遞四軸飛行器的障礙物避免軌跡控制問題。該控制器結(jié)合了非線性可變增益（NLVG）函數(shù)和極值搜索（ES）算法，以適應無人機快遞任務中的大角度機動和負載變化。NLVG函數(shù)用于替代傳統(tǒng)固定增益PID控制器中的固定增益項，以提高控制器對不同大小誤差的快速控制能力。ES算法用于學習在邊界條件下的最佳非線性PID參數(shù)。通過這種方式，文章提出的控制方案能夠有效地實現(xiàn)四軸飛行器在兩種典型的無碰撞軌跡下的障礙物避免控制。

?

6. 實驗結(jié)果

本文通過模擬實驗驗證了NLVG-PID控制器在四軸飛行器的障礙物避讓軌跡控制中的有效性。實驗結(jié)果如下：

風暴路徑跟隨實驗：在設(shè)計的風暴路徑下，NLVG-PID控制器在姿態(tài)角和位置控制方面表現(xiàn)出色。與PID控制相比，NLVG-PID控制器能夠更快地收斂到期望軌跡，并且在動態(tài)干擾下表現(xiàn)更加穩(wěn)定。通過歐拉角和位置誤差的分析，可以看出NLVG-PID控制器對于復雜路徑跟蹤具有良好的性能。

利薩茹曲線跟隨實驗：在3D利薩茹曲線路徑下，NLVG-PID控制器同樣展現(xiàn)出了優(yōu)秀的控制性能。雖然路徑更加復雜，但NLVG-PID控制器仍然能夠快速且穩(wěn)定地跟蹤期望軌跡，姿態(tài)角誤差和位置誤差得到了有效控制。

綜上所述，NLVG-PID控制器在四軸飛行器的障礙物避讓軌跡控制中具有良好的性能，能夠適應復雜的飛行環(huán)境并實現(xiàn)精確的軌跡跟蹤。

?

?

?

7. 總結(jié) & 未來工作

本文研究了四軸飛行器障礙物避讓的主動運動控制問題。提出了一種基于低成本動態(tài)線性優(yōu)化的自適應學習控制器設(shè)計方案，用于處理不確定條件下的障礙物。首先，提出了一種針對構(gòu)建的無人機模型的 NLVG-PID 控制器。此外，采用 ES 方法在離線最大或最小誤差階躍信號中學習最優(yōu) NLVG-PID 參數(shù)?；谶@一設(shè)計進行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明，所提出的自適應學習控制器能夠減少典型 3D 路徑曲線（如風暴路徑）中的響應超調(diào)和穩(wěn)定時間。

審核編輯：黃飛