線形二次レート可変積分追従装置を用いたVTOL UAVのロバスト位置制御：設計と検証

本論文では、差動推力生成のために二重反転電動プロペラを利用する垂直離着陸（VTOL）無人航空機（UAV）のロバストかつ正確な位置決めを確保するために特別に設計された、非線形適応積分補償器を追加装備した最適追従制御器を提案する。ベースラインの位置制御器は、状態変動とピッチ軸追従誤差積分の両方を追従して位置を安定化する固定ゲイン線形二次積分（LQI）追従制御器を採用して合成され、各同軸プロペラの速度を正確に制御するために電圧を調整する。さらに、ベースラインの追従制御則はレート可変積分補償器で補強されている。これは、外因性外乱に対するロバスト性を犠牲にすることなく目標追従の精度を高めるために、追従誤差速度および制動加速度の非線形スケーリング関数として作動する。制御器の性能は、VTOL UAVのダイナミクスを代表する専用のHardware-in-the-Loop Aero-Pendulumテストベッド上で実験を行うことによって分析される。実験結果は、ノミナルLQI追従制御器に対する大幅な改善を示し、二乗平均平方根誤差、整定時間、起動時オーバーシュート、インパルス外乱下でのオーバーシュート、外乱回復時間、および制御エネルギー消費において、それぞれ17.9%、61.6%、83.4%、43.7%、35.8%、および6.8%の向上が達成され、外因性外乱下での潜在的なUAVおよびドローン応用に対する本制御器の有効性が強調された。