基于航跡規劃的四旋翼飛行器軌跡跟蹤控制

丁 力， 柴華偉， 李興成

(1.江蘇理工學院機械工程學院，江蘇 常州 213001； 2.香港理工大學工業及系統工程學系，香港 999077)

0 引言

隨著機器人技術、控制技術、通信技術的發展，四旋翼被廣泛應用于生產生活，如建筑現場測繪與管理、橋梁架線、電力巡線、地理建模等[1-2]。當四旋翼在城市中自主飛行時，航跡規劃與飛行控制是必不可少的環節。然而與其他空中機器人一樣，四旋翼具有強耦合、欠驅動、非線性的多輸入多輸出特性，要實現能夠避障、高穩定性的飛行作業任務具有一定的難度。因此，開發高效率的航跡規劃算法和高精度的飛行控制策略是工業領域和學術領域共同關注的熱點。

對于航跡規劃，很多學者僅簡單地將無人機看作是一個質點，并采用智能算法對其進行航跡規劃。例如，WANG等[3]提出一種改進的BA算法來實現無人機的三維航跡規劃，并在仿真環境下獲得了平滑可飛的航跡；在處理編隊無人機三維航跡規劃時，YANG等[4]采用自適應調整策略來改進PSO算法以避免陷入局部最優值，有效實現了無人機在三維空間中的編隊飛行；SHORAKAEI等[5]提出一種并行GA算法來規劃無人機的二維航跡，改進算法可處理障礙物突變問題。但上述航跡規劃過程忽略了無人機的飛行力學特性，像四旋翼的姿態角對陣風干擾、機械振動等極為敏感，微小的擾動就可能會導致墜機。因此，四旋翼的航跡規劃必須考慮其飛行力學特性。

對于飛行控制策略的設計，常見的方法有LQR控制[6]、PID控制[7]、H∞控制[8]等。……