This paper addresses the problem of thrust estimation and control for the rotors of small-sized multirotors Uncrewed Aerial Vehicles (UAVs). Accurate control of the thrust generated by each rotor during flight is one of the main challenges for robust control of quadrotors. The most common approach is to approximate the mapping of rotor speed to thrust with a simple quadratic model. This model is known to fail under non-hovering flight conditions, introducing errors into the control pipeline. One of the approaches to modeling the aerodynamics around the propellers is the Blade Element Momentum Theory (BEMT). Here, we propose a novel BEMT-based closed-loop thrust estimator and control to eliminate the laborious calibration step of finding several aerodynamic coefficients. We aim to reuse known values as a baseline and fit the thrust estimate to values closest to the real ones with a simple test bench experiment, resulting in a single scaling value. A feedforward PID thrust control was implemented for each rotor, and the methods were validated by outdoor experiments with two multirotor UAV platforms: 250mm and 500mm. A statistical analysis of the results showed that the thrust estimation and control provided better robustness under aerodynamically varying flight conditions compared to the quadratic model.


翻译:本文针对小型多旋翼无人飞行器(UAV)旋翼的推力估计与控制问题展开研究。在飞行过程中精确控制每个旋翼产生的推力是实现四旋翼飞行器鲁棒控制的主要挑战之一。最常见的方法是通过简单的二次模型近似描述旋翼转速与推力的映射关系。已知该模型在非悬停飞行条件下会失效,从而在控制流程中引入误差。桨叶叶素动量理论(BEMT)是建模螺旋桨周围空气动力学的方法之一。本文提出一种基于BEMT的新型闭环推力估计与控制方法,以消除寻找多个空气动力学系数所需的繁琐校准步骤。该方法以已知参数为基准,通过简易实验台架实验将推力估计值拟合至最接近真实值的状态,最终仅需获取单一比例系数。我们为每个旋翼实现了前馈PID推力控制,并通过250mm与500mm两种多旋翼无人机平台的户外实验验证了所提方法。结果统计分析表明,与二次模型相比,该推力估计与控制方法在空气动力学条件变化的飞行环境中具有更好的鲁棒性。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
11+阅读 · 2023年3月8日
A Survey on Deep Learning for Named Entity Recognition
Arxiv
26+阅读 · 2020年3月13日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员