控制输入受限无人机轨迹跟踪与防撞一体化导引控制

作者：王栋; 吕洋^*; 马子飞

来源：无人系统技术, 2023, 6(02): 52-60.

DOI：10.19942/j.issn.2096-5915.2023.02.16

• 无人机
• 轨迹跟踪
• 防撞
• 非线性模型预测控制
• 控制输入受限
• 反步法

无人机在进行轨迹跟踪时需要考虑未知障碍物防撞约束和控制信号幅值约束等一系列问题以保障飞行安全。针对无人机平台在控制输入约束下轨迹跟踪与防撞一体化控制问题，以商业四旋翼平台为开发对象，采用非线性模型预测控制（NMPC）方法设计了轨迹跟踪导引控制器并进行改进以满足一体化控制需求。首先，通过对轨迹跟踪NMPC优化问题施加基于势场函数的惩罚项，实现防撞功能扩展。然后，利用反步法设计基于Lyapunov函数的收缩项作为NMPC优化问题的附加约束项以保障控制的稳定性，并在此基础上引入动态调整预测时域机制，在保证稳定的轨迹跟踪前提下缓解计算负载。对比仿真结果表明，引入的稳定性约束项和防撞惩罚项有效地改善了NMPC控制性能。本文所设计的轨迹跟踪与防撞一体化控制器考虑了控制输入约束问题，具有实际工程应用价值。

• 单位
  西北工业大学; 自动化学院