Estimating and reacting to external disturbances is crucial for robust flight control of quadrotors. Existing estimators typically require significant tuning for a specific flight scenario or training with extensive real-world data to achieve satisfactory performance. In this paper, we propose a neural moving horizon estimator (NeuroMHE) that can automatically tune the MHE parameters modeled by a neural network and adapt to different flight scenarios. We achieve this by deriving the analytical gradient of the MHE estimates with respect to the tunable parameters, enabling a seamless embedding of MHE as a layer into the neural network for highly effective learning. Most interestingly, we show that the gradient can be solved efficiently from a Kalman filter in a recursive form. Moreover, we develop a model-based policy gradient algorithm to train NeuroMHE directly from the trajectory tracking error without the need for the ground-truth disturbance. The effectiveness of NeuroMHE is verified extensively via both simulations and physical experiments on a quadrotor in various challenging flights. Notably, NeuroMHE outperforms the state-of-the-art estimator with force estimation error reductions of up to 49.4% by using only a 2.5% amount of parameters. The proposed method is general and can be applied to robust adaptive control for other robotic systems.


翻译:估计和应对外部扰动对于对振动器进行稳健的飞行控制至关重要。 现有的测算器通常要求对特定的飞行场景进行重大调整,或提供具有广泛真实世界数据的培训,以达到令人满意的性能。 在本文中,我们提议一个神经移动地平线估计仪(NeuroMHE),可以自动调和由神经网络模型模型模型模型的MHE参数,并适应不同的飞行场景。我们通过在具有挑战性的各种飞行中模拟和物理实验,对MEH估计数的分析梯度进行广泛核实,使MAHE作为一个层顺利地嵌入神经网络,以便进行高效学习。最有趣的是,我们表明从卡尔曼过滤器中以递现形式有效地解决梯度问题。此外,我们开发了一个基于模型的政策梯度算法,直接从轨迹跟踪错误中对NeuroMHEHE进行训练,不需要地面图扰动。 NeroMHEHE的有效性通过在各种具有挑战性的飞行中进行模拟和物理实验得到广泛的验证。 值得注意的是, NeuromMHEHEHE只超越了州- astational- limtial logaltractional 4的参数, laction disstrutal disstrutaldorational lautal laction laction lactional dismag to by laporupal lapaldaldorupaldaldorupal ro ro roft ro rodormatialdrodro ro rodro ro ystefttradro ro ro rodrodro ro disprupdrodro ro rodrodro disss rodrodrodrodrodrodrodrodal rodrodal rodal exsmstal rodal dismstrationsal lapsmal rodal disal rodal rodal rodaldal disaldaldaldaldaldal rodal rodal ro laps doll exsal exs exs exs 可以通过提议用

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