[論文レビュー] Robust Flight Control of a Small Unmanned Helicopter

Miaolei He, Jilin He+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2021

Adaptive Control of Nonlinear Systems参考文献 11被引用数 12

ひとこと要約

本論文では、非線形制御とモデルフリー手法を組み合わせることで、風じめや地上効果の影響を受ける実環境下でも実証された、小型無人ヘリコプター向けのロバストな非線形ア装制御則を提案する。実機実験の結果、高い安定性と耐障害性が確認され、厳しい飛行条件下でも制御則の有効性とロバスト性が裏付けられた。

ABSTRACT

This paper addresses the design and application controller for a small-size unmanned aerial vehicle (UAV). In this work, the main objective is to study the modeling and attitude controller design for a small size helicopter. Based on a non-simplified helicopter model, a new robust attitude control law, which is combined with a nonlinear control method and a model-free method, is proposed in this paper. Both wind gust and ground effect phenomena conditions are involved in this experiment and the result on a real helicopter platform demonstrates the effectiveness of the proposed control algorithm and robustness of its resultant controller.

研究の動機と目的

• 実環境の擾乱条件下で飛行する小型無人ヘリコプター向けに、ロバストなア装制御則を設計すること。
• 飛行中に生じる風じめや地上効果に起因する課題に対処すること。
• 非線形制御とモデルフリー技術を統合した制御則を考案し、ロバスト性を向上させること。
• 実機ヘリコプター・プラットフォームを用いて、現実の飛行条件下での制御則の性能を検証すること。

提案手法

• 制御則設計の基盤として、簡略化されていないヘリコプター・モデルが用いられる。
• 非線形制御とモデルフリー手法を統合することで、正確なシステムモデルへの依存を低減するハイブリッド制御則が開発される。
• 制御則は、不確実性や風じめなどの外部擾乱に対処できるように設計される。
• 制御戦略は実機の小型無人ヘリコプター・プラットフォームに実装され、テストが行われる。
• 風じめおよび地上効果の状態が、実験的検証に明示的に組み込まれる。
• 動的擾乱下での安定性と性能が、実飛行実験を通じて評価される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 不確実で動的な飛行条件下で、小型無人ヘリコプター向けにロバストなア装制御則をどのように設計できるか？
• RQ2 ハイブリッド非線形・モデルフリー制御アプローチは、風じめや地上効果をどのように処理できるか？
• RQ3 本提案制御則は、ヘリコプターの動力学の正確な知識がなくても、安定性と精度を維持できるか？
• RQ4 外部擾乱を伴う実世界の飛行実験において、制御則はどのように性能を発揮するか？

主な発見

• 提案された制御則は、風じめの影響下でも安定飛行を効果的に維持し、高いロバスト性を示した。
• 制御則は、離陸および着陸段階における地上効果の影響を効果的に低減した。
• 実機ヘリコプター・プラットフォームでの実験結果から、制御則の安定性と応答性が確認された。
• ハイブリッド制御アプローチにより、正確なシステムモデルへの依存が低減された一方で、高い性能が維持された。
• 複数回の飛行試行において、環境条件が変化しても一貫した性能を示した。
• 非線形制御とモデルフリー制御技術を統合する手法の有効性が、実験的に裏付けられた。