Servo Integrated Nonlinear Model Predictive Control for Overactuated Tiltable-Quadrotors

四旋翼飞行器被广泛应用于各个领域，但传统类型由于欠驱动而面临限制，其中姿态控制与位置调整密切相关。相比之下，配备可倾斜旋翼的四旋翼飞行器提供了过驱动，使其能够跟踪位置和姿态轨迹。然而，无人机机身的非线性动力学和倾斜伺服的迟缓响应对传统串级控制器构成了挑战。在本研究中，我们提出了一种基于非线性模型预测控制（NMPC）的倾斜旋翼四旋翼控制方法。与传统方法不同，我们的方法保留了完整的动力学，没有简化，并直接利用执行器命令作为控制输入。值得注意的是，我们在NMPC框架内结合了一阶伺服模型。通过仿真，我们观察到整合伺服动力学不仅提高了控制性能，还加快了收敛速度。为了评估我们方法的有效性，我们制作了一个可倾斜四旋翼，并在100Hz的频率下部署了该算法。广泛的实际实验表明，该方法具有快速、稳健和平稳的姿态跟踪性能。

本论文旨在解决倾斜旋翼四旋翼机的控制问题，通过提出一种基于非线性模型预测控制（NMPC）的控制方法来实现四旋翼机的姿态和位置轨迹跟踪。

论文提出的NMPC控制方法可以保留完整的动力学模型，直接利用执行器指令作为控制输入，并将一阶伺服模型纳入NMPC框架中，从而提高控制性能和加速收敛。

论文通过仿真和实验验证了所提出的方法的有效性和鲁棒性，实验中使用了自制的倾斜旋翼四旋翼机，频率为100Hz。值得关注的是，该方法可以在保留完整动力学模型的前提下实现更好的控制性能。论文未提供开源代码。

近期相关研究包括：《A Survey of Nonlinear Model Predictive Control Methods for Robotics》、《Nonlinear Model Predictive Control: A Tutorial》等。