This paper proposes a novel control law for accurate tracking of agile trajectories using a tailsitter flying wing unmanned aerial vehicle (UAV) that transitions between vertical take-off and landing (VTOL) and forward flight. The global control formulation enables maneuvering throughout the flight envelope, including uncoordinated flight with sideslip. Differential flatness of the nonlinear tailsitter dynamics with a simplified aerodynamics model is shown. Using the flatness transform, the proposed controller incorporates tracking of the position reference along with its derivatives velocity, acceleration and jerk, as well as the yaw reference and yaw rate. The inclusion of jerk and yaw rate references through an angular velocity feedforward term improves tracking of trajectories with fast-changing accelerations. The controller does not depend on extensive aerodynamic modeling but instead uses incremental nonlinear dynamic inversion (INDI) to compute control updates based on only a local input-output relation, resulting in robustness against discrepancies in the simplified aerodynamics equations. Exact inversion of the nonlinear input-output relation is achieved through the derived flatness transform. The resulting control algorithm is extensively evaluated in flight tests, where it demonstrates accurate trajectory tracking and challenging agile maneuvers, such as sideways flight and aggressive transitions while turning.


翻译:本文提出一项新的控制法,用于使用尾随飞行翼无人驾驶飞行器(UAV)准确跟踪从垂直起飞和着陆(VTOL)到前方飞行之间过渡的机动飞行轨迹。全球控制配方能够在整个飞行信封中进行操纵,包括以侧侧侧飞行进行不协调的飞行。显示非直线尾尾飞行动力与简化空气动力模型的不同平面性。使用平面变换,拟议的控制器将跟踪位置参考及其衍生物速度、加速率和阳极参照率和斜线率纳入跟踪。通过角速度进料和前向进料,改进对轨迹的跟踪,以快速变速加速。控制器并不依赖广泛的空气动力模型,而是使用渐进的非线性动力反向动力转换模型(INDI)来计算控制更新,仅根据本地输入-输出值关系,导致对简化空气动力等方程式差异的稳健性反应。通过角速度进取的飞行轨迹分析,在飞行轨迹上进行快速的演算。

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