High performance trajectory tracking for multirotor Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) is a fast growing research area due to the increase in popularity and demand. In many applications, the multirotor UAV dynamics would change in-flight resulting in performance degradation, or even instability, such that the control system is required to adapt its parameters to the new dynamics. In this paper, we developed a real-time identification approach based on Deep Neural Networks (DNNs) and the Modified Relay Feedback Test (MRFT) to optimally tune PID controllers suitable for aggressive trajectory tracking. We also propose a feedback linearization technique along with additional feedforward terms to achieve high trajectory tracking performance. In addition, we investigate and analyze different PID configurations for position controllers to maximize the tracking performance in the presence of wind disturbance and system parameter changes, and provide a systematic design methodology to trade-off performance for robustness. We prove the effectiveness and applicability of our developed approach through a set of experiments where accurate trajectory tracking is maintained despite significant changes to the UAV aerodynamic characteristics and the application of external wind. We demonstrate low discrepancy between simulation and experimental results which proves the potential of using the suggested approach for planning and fault detection tasks. The achieved tracking results on figure-eight trajectory is on par with the state-of-the-art.


翻译:由于受欢迎度和需求增加,多机器人无人驾驶飞行器的高级性能轨迹跟踪是一个快速增长的研究领域。在许多应用中,多机器人无人驾驶飞行器的动态将改变飞行中的飞行,导致性能退化,甚至不稳定,因此控制系统必须调整其参数以适应新的动态。在本文件中,我们开发了基于深神经网络(DNNs)和变换中继反馈测试(MRFT)的实时识别方法,以优化适合攻击性轨迹跟踪的PID控制器(MRFT),我们还提议采用反馈线性技术,并增加进化条件,以实现高轨迹跟踪性能。此外,我们调查并分析不同定位控制器的PID配置,以最大限度地跟踪风扰和系统参数变化时的性能。我们开发了一种系统化的设计方法,以稳健性地交换性能。我们通过一系列实验,证明我们开发的方法的有效性和适用性能。尽管UAVAV的空气动力特性和外部风力的应用有显著变化,但我们展示了在模拟和实验性轨迹测量结果方面进行低差值跟踪的可能性。我们建议了模拟和实验性测程。

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