预测性非线性H∞控制：解决四旋翼路径跟踪问题的关键策略

本文主要探讨了一种针对四旋翼无人直升机（quadrotor）的集成预测性和非线性H∞控制结构，发表在Automatica期刊（Automatica46卷，2010年，第29-39页）。该研究由Guilherme V. Raffo、Manuel G. Ortega和Francisco R. Rubio三位来自塞维利亚大学系统与自动化工程系的作者共同完成。 论文的核心内容是解决四旋翼直升机的路径跟踪问题。作者采用拉格朗日-欧拉方法获取直升机的动力学运动方程，这是设计控制器的基础。他们提出了一种层次化的控制策略，包括两部分：一个模型预测控制器（model predictive controller, MPC），用于跟踪预设的轨迹，以及一个非线性H∞控制器，用于稳定旋转运动。 MPC在飞行控制中扮演着关键角色，它通过预测未来状态并优化控制输入，确保系统能够高效地跟随预定的飞行路径。这种方法考虑了系统的动态特性，使得控制决策更具预见性和鲁棒性。 H∞控制则是一种强大的鲁棒控制技术，它旨在最小化系统在受到不确定性或外部干扰时的性能损失。对于四旋翼直升机这类复杂且易受环境因素影响的系统，这种控制策略能够提供必要的稳定性和抗扰动能力。 结合这两者，论文提出的方法旨在确保在跟踪路径的同时，对旋翼的非线性动力学进行有效的管理和控制，从而提高整个系统的稳定性、精度和动态响应。研究结果表明，这种集成的控制结构在实际应用中具有显著的优势，为无人直升机的精确控制和自主飞行提供了新的理论支持。 这篇论文对四旋翼无人飞行器领域的控制理论和实践进行了深入探索，展示了预测性控制和非线性H∞控制在解决复杂机动性问题上的潜力，为无人机控制系统的未来发展奠定了坚实基础。