Predictive Path Following Control for Fixed Wing UAVs Using the qLMPC Framework in the Presence of Wind Disturbances

固定翼 模型预测控制 控制理论(社会学) 路径(计算) 计算机科学 控制(管理) 航空航天工程 工程类 人工智能 计算机网络
作者
Ahmed S. Rezk,Horacio M. Calderón,Herbert Werner,B. Herrmann,Frank Thielecke
标识
DOI:10.2514/6.2024-1594
摘要

This paper presents a cascaded approach for a predictive path-following scheme using quasi-linear parameter-varying model predictive control (qLMPC) applied to a 25 kg unmanned aerobatic aircraft. The quasi-linear parameter-varying (qLPV) representation provides a semi-linear model of the nonlinear system, while fast solvers are utilized to solve quadratic optimization problems (QOPs) in milliseconds. To incorporate integral action and overcome wind disturbances, a velocity-based linearization of the model is employed. Two scenarios with nine waypoints each are evaluated using a hybrid strategy that combines arc-length parameterization with cubic splines and a synthetic waypoint path-planner. The path-following strategy is applied to both simplified kinematic and high-fidelity models of the aircraft, with constant wind in the first scenario and time-varying wind in the second scenario. The algorithm achieves good performance in both scenarios with short computation times. Lastly, a performance analysis of the strategy with the two path-planning techniques is presented.
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