Modellierung und Steuerung eines Quadrotor-UAV mit geneigten Propellern

Standard-Quadrotor-UAVs besitzen eine begrenzte Mobilität aufgrund ihrer inhärenten Untersteuerung, d.h. die Verfügbarkeit von 4 unabhängigen Steuerungseingängen (den 4 Drehgeschwindigkeiten der Propeller) im Vergleich zu den 6 Freiheitsgraden, die die Position/Ausrichtung des Quadrotors im Raum parametrisieren. Infolgedessen kann die Pose des Quadrotors keine beliebige Trajektorie über die Zeit nachverfolgen (z.B. kann er nur dann auf der Stelle schweben, wenn er horizontal ist). In diesem Papier schlagen wir ein neuartiges Aktionskonzept vor, bei dem die Quadrotor-Propeller um ihre Achsen in Bezug auf den Hauptkörper des Quadrotors geneigt werden dürfen. Dies bringt einen zusätzlichen Satz von 4 Steuerungseingängen mit sich, der vollständige Bewegung des Quadrotors in Position/Ausrichtung ermöglicht. Nachdem wir das dynamische Modell des vorgeschlagenen Quadrotors abgeleitet haben, diskutieren wir formell seine Regelbarkeitseigenschaften und schlagen einen nichtlinearen Trajektorienverfolgunsgregler basierend auf Techniken der dynamischen Rückführungslinienbildung vor. Die Tragfähigkeit unseres Ansatzes wird durch Simulationsergebnisse validiert.