Orographic soaring can significantly extend the endurance of micro aerial vehicles (MAVs), but circling behavior, arising from control conflicts between the longitudinal and vertical axes, increases energy consumption and the risk of divergence. We propose a control switching method, named SAOS: Switched Control for Autonomous Orographic Soaring, which mitigates circling behavior by selectively controlling either the horizontal or vertical axis, effectively transforming the system from underactuated to fully actuated during soaring. Additionally, the angle of attack is incorporated into the INDI controller to improve force estimation. Simulations with randomized initial positions and wind tunnel experiments on two MAVs demonstrate that the SAOS improves position convergence, reduces throttle usage, and mitigates roll oscillations caused by pitch-roll coupling. These improvements enhance energy efficiency and flight stability in constrained soaring environments.


翻译:地形翱翔可显著延长微型飞行器(MAVs)的续航时间,但由纵向与垂直轴控制冲突引发的盘旋行为会增加能量消耗及发散风险。本文提出一种名为SAOS(Switched Control for Autonomous Orographic Soaring)的控制切换方法,通过选择性控制水平轴或垂直轴来缓解盘旋行为,在翱翔过程中将系统从欠驱动有效转化为全驱动。此外,将攻角纳入INDI控制器以改进力估计。通过随机初始位置的仿真及两台MAV的风洞实验表明,SAOS能提升位置收敛性、降低油门使用量,并缓解由俯仰-滚转耦合引起的滚转振荡。这些改进增强了受限翱翔环境下的能量效率与飞行稳定性。

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