We analyze and experimentally compare various rotational error metrics for use in quadrotor controllers. Traditional quadrotor attitude controllers have used Euler angles or the full rotation to compute an attitude error and scale that to compute a control response. Recently, several works have shown that prioritizing quadrotor tilt, or thrust vector error, in the attitude controller leads to improved position control, especially in situations with large yaw error. We provide a catalog of proposed rotational metrics, place them into the same framework, and show that we can independently reason about and design the magnitude of the response and the direction of the response. Existing approaches mainly fall into two categories: (1) metrics that induce a response in the shortest direction to correct the full rotation error and (2) metrics that combine a response in the shortest direction to correct tilt error with the shortest direction to correct yaw error. We show experimental results to highlight the salient differences between the rotational error metrics. See https://alspitz.github.io/roterrormetrics.html for an interactive simulation visualizing the experiments performed.


翻译:我们分析并实验性地比较了用于 quadrotor 控制器的各种旋转错误度量。 传统的 quadror 姿态控制器已经使用 Euler 角度或完全旋转来计算一个姿态错误和尺度,以计算控制响应。 最近,一些工程显示, 将姿态控制器中的 quadrtor 斜度或推力矢量错误排列为优先, 可以改进定位控制, 特别是在有大 yaw 错误的情况下。 我们提供了一份拟议旋转度量量的目录, 把它们放入同一个框架, 并表明我们可以独立地解释和设计反应和反应方向的大小。 现有方法主要分为两类:(1) 促使在最短方向作出反应以纠正完全旋转错误的度量度, (2) 将最短方向的反应结合为纠正倾斜误的度误度和最短方向以纠正yw 错误的度量度。 我们展示实验结果, 以突出旋转误度度度度指标之间的显著差异。 见 https://spitz.github.io/roterororects.html 用于交互式模拟实验的模拟。

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