Abstract
This paper presents a cascaded nonlinear state feedback control law for a quadrotor, which achieves asymptotic tracking of a predefined position and heading reference trajectory. The inner-loop attitude controller and the outer-loop position controller reflect the cascade structure of the quadrotor dynamics and are designed independently using an energy shaping approach. The closed loop tracking error dynamics form a nonautonomous nonlinear cascade for whose zero equilibrium we prove almost global asymptotic stability. Experimental results show the performance of the control concept.
Zusammenfassung
In diesem Beitrag wird eine nichtlineare Kaskadenregelung für einen Quadrocopter vorgestellt, die asymptotische Sollwertfolge für eine vorgegebene Positions- und Headingtrajektorie erzielt. Der innere Lageregler und der äußere Positionsregler spiegeln die Kaskadenstruktur der Regelstrecke wider und werden unabhängig voneinander energiebasiert entworfen. Die resultierende Folgefehlerdynamik bildet eine nichtautonome nichtlineare Kaskade, für deren Gleichgewichtspunkt in Null fast globale asymptotische Stabilität gezeigt wird. Flugversuchsdaten illustrieren die Leistungsfähigkeit der Regelung.
About the authors
Oliver Fritsch arbeitet am Lehrstuhl für Regelungstechnik im Bereich nichtlineare Regelungen. Hauptarbeitsgebiete: Nichtlineare Regelungsstrategien für Quadrocopter.
Lehrstuhl für Regelungstechnik, Technische Universität München, Fakultät Maschinenwesen, Boltzmannstr. 15, D-85748 Garching bei München, Fax: +49-(0)89-289-15653
David Tromba hat an der TU München Luft- und Raumfahrt studiert. Arbeitsgebiete in Studienarbeiten am Lehrstuhl für Regelungstechnik: Entwurf und Inbetriebnahme nichtlinearer Quadrocopterregler.
Lehrstuhl für Flugsystemdynamik, Technische Universität München, Fakultät Maschinenwesen, Boltzmannstr. 15, D-85748 Garching bei München, Fax: +49-(0)89-289-16058
Boris Lohmann ist Leiter des Lehrstuhls für Regelungstechnik der Fakultät Maschinenwesen der TU München. Hauptarbeitsgebiete: Modellreduktion, nichtlineare, robuste und optimale Regelung, aktive Schwingungsdämpfung, industrielle Anwendungen.
Lehrstuhl für Regelungstechnik, Technische Universität München, Fakultät Maschinenwesen, Boltzmannstr. 15, D-85748 Garching bei München, Fax: +49-(0)89-289-15653
©2014 Walter de Gruyter Berlin/Boston
