Simultaneously accurate and reliable tracking control for quadrotors in complex dynamic environments is challenging. As aerodynamics derived from drag forces and moment variations are chaotic and difficult to precisely identify, most current quadrotor tracking systems treat them as simple `disturbances' in conventional control approaches. We propose a novel, interpretable trajectory tracker integrating a Distributional Reinforcement Learning disturbance estimator for unknown aerodynamic effects with a Stochastic Model Predictive Controller (SMPC). The proposed estimator `Constrained Distributional Reinforced disturbance estimator' (ConsDRED) accurately identifies uncertainties between true and estimated values of aerodynamic effects. Simplified Affine Disturbance Feedback is used for control parameterization to guarantee convexity, which we then integrate with a SMPC. We theoretically guarantee that ConsDRED achieves at least an optimal global convergence rate and a certain sublinear rate if constraints are violated with an error decreases as the width and the layer of neural network increase. To demonstrate practicality, we show convergent training in simulation and real-world experiments, and empirically verify that ConsDRED is less sensitive to hyperparameter settings compared with canonical constrained RL approaches. We demonstrate our system improves accumulative tracking errors by at least 62% compared with the recent art. Importantly, the proposed framework, ConsDRED-SMPC, balances the tradeoff between pursuing high performance and obeying conservative constraints for practical implementations


翻译:同时对复杂动态环境中的碎石器进行准确和可靠的跟踪控制是十分困难的。由于来自拖力和瞬间变异的空气动力学是混乱的,难以准确确定,目前大多数的碎石跟踪系统在常规控制方法中将它们视为简单的“扰动”。我们提议了一个新的、可解释的轨迹跟踪器,将分布强化学习扰动与一个随机模型预测控制器(SMPC)结合,用于对未知的空气动力效应进行估算。拟议的估算器“限制分配强化扰动估测器”(ConsDRED)准确地辨明了空气动力效应的真实值和估计值之间的不确定性。简化的扰动反馈用于控制参数化,以保障混杂性。我们随后将其与SMPC整合。我们理论上保证,如果由于宽度和神经网络层次的增加而导致的拟议误差减少,ConsDRED将至少达到最佳的全球趋同率和某种亚线速率。为了显示实际差,我们在模拟和现实-DR-D实验中进行模拟和现实-CR-R-C-C-C-CR-C-C-AD-C-C-C-SL-C-SL-C-SL-S-S-SL-S-S-SL-SL-SL-SL-SL-SD-SD-SD-SD-SD-S-S-S-S-S-S-C-SD-S-S-S-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-SD-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-SD-C-S-S-S-SD-SD-SD-SD-SD-SD-C-C-C-S-SD-SD-SD-C-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-

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