Longitudinal dynamic modelling and control for a quad-tilt rotor UAV
针对四倾转旋翼UAV在悬停与向前飞行模式转换中的控制难题，本文设计了带数字滤波器和数据保持功能的数字PID控制器，并通过MATLAB仿真验证了其在三个自由度上的完全稳定性。
2024-11-12 cs.SY eess.SY
RotorSuite: A MATLAB/Simulink Toolbox for Tilt Multi-Rotor UAV Modeling
Department of Information Engineering University of Padova（信息工程系帕多瓦大学）
RotorSuite是一种用于倾斜多旋翼无人机建模的MATLAB/Simulink工具箱，通过分析和物理方法提供精确的动态建模和仿真，适用于教学、研究和工业开发。
2026-02-21 cs.RO cs.SY eess.SY
Robust tracking of an unknown trajectory with a multi-rotor UAV: A high-gain observer approach
Michigan State University（密歇根州立大学）
研究了存在建模误差和外部扰动的多旋翼系统的轨迹跟踪问题。期望轨迹是未知的，并且从具有未知或部分已知动态的参考系统生成。我们假设仅可以访问多转子的位置和取向测量以及参考系统的位置测量。我们采用一个扩展的高增益观测器（EHGO）估计框架来估计轨迹跟踪所需的前馈项，多转子状态，以及建模误差和外部干扰。设计了一种用于轨迹跟踪的输出反馈控制器，该控制器由反馈线性化控制器和EHGO组成。我们严格分析所提出的控制器，并建立其稳定性。最后，我们数值说明我们的理论结果使用的例子多旋翼着陆在地面车辆。
2020-04-27 cs.RO cs.SY eess.SY
Robust Translational Force Control of Multi-Rotor UAV for Precise Acceleration Tracking
Seoul National University（首尔大学）
针对多旋翼无人机的三维加速度精确控制问题，提出了一种基于干扰观测器（DOB）的力干扰消除平移力控制方法。多旋翼的加速度控制需要将期望的加速度信号转换为期望的滚转、俯仰和总推力。但由于姿态动力学和推力动力学的不同，简单的运动学信号转换，而不考虑这些差异会导致严重的性能下降，在加速度跟踪。与大多数现有的平移力控制技术是基于这样简单的反演，我们的新方法允许控制多转子的加速度更精确地考虑多转子的动力学过程中的运动反演。通过将DOB与包括改进的转换技术的平移力系统相结合，我们实现了对阻碍精确加速度控制的外力干扰的鲁棒性。考虑各种可能的模型不确定性的组合效应，执行μ分析以确保整个闭环系统的鲁棒稳定性。通过仿真和实验验证了该方法的有效性，证明了该方法能够有效地跟踪多转子系统的期望加速度。
2019-08-14 cs.RO cs.SY eess.SY
Fault Detection and Tolerant Control for Aero2 2D0F Two-rotor Helicopter
本研究针对2自由度双旋翼直升机，分析执行器故障对传统控制系统性能的影响，并验证有效的故障诊断与调节方法能在故障下维持系统满意性能。
2024-03-14 cs.SY eess.SY
Developmental Reinforcement Learning of Control Policy of a Quadcopter UAV with Thrust Vectoring Rotors
University of Cincinnati（辛辛那提大学）
在本文中，我们提出了一种新的发展强化学习为基础的控制器的四轴飞行器的推力矢量能力。这种多旋翼无人机设计具有倾斜使能旋翼。它利用旋翼力的大小和方向来实现飞行过程中所需的状态。该机器人的控制策略是使用来自四轴飞行器的学习控制器的策略传递来学习的（相对简单的无人机设计，没有推力矢量）。这种方法允许学习具有多个输入和多个输出的系统的控制策略。通过基于物理的仿真，评估了悬停和航路点导航任务的学习策略的性能。飞行模拟利用基于强化学习的飞行控制器，而没有任何附加的PID组件。结果表明，与从头开始学习控制策略相比，使用所提出的方法可以更快地学习这种新的UAV设计，该设计是通过对传统四轴飞行器进行修改而创建的，即，增加了更多的自由度（传统四轴飞行器中的4个致动器到倾转旋翼四轴飞行器中的8个致动器）。我们证明了我们的学习政策的鲁棒性，通过显示从各种非静态初始条件的模拟倾转旋翼平台的恢复，以达到所需的状态。倾转旋翼无人机的发展政策也显示出优越的容错时，从零开始学习的政策相比。结果表明，所提出的方法引导学习行为从一个简单的系统（低维动作空间）到一个更复杂的机器人（相对高维的动作空间），并达到更好的性能更快的能力。
2020-07-15 cs.AI cs.LG cs.RO
Quaternion Feedback Based Autonomous Control of a Quadcopter UAV with Thrust Vectoring Rotors
University of Cincinnati（辛辛那提大学）；Indian Institute of Technology, Kanpur（印度理工学院坎普尔分校）
在本文中，我们提出了一个自主飞行控制器的四轴飞行器的推力矢量能力。这种无人机属于具有倾斜运动使能旋翼的多旋翼类别。由于车辆被认为是过度驱动的性质，动力学和控制分配必须仔细分析。此外，这种新型飞行器在大姿态机动时悬停的可能性要求无奇异性姿态控制。因此，四元数状态反馈被用来计算无人机电机的控制命令，同时避免了基于欧拉角的控制器所经历的万向节锁定条件。由于没有三角参数，四元数实现还降低了状态估计的总体复杂度。利用四轴飞行器的动力学模型和状态空间，设计了无人机的姿态控制器和控制分配。控制分配，特别是，通过线性化系统悬停条件。这种数学方法使得控制分配比现有方法更准确。姿态控制器的Lyapunov稳定性分析证明了全局稳定性。四元数反馈姿态控制器是由一个外部的位置控制器回路，产生转子倾斜和所需的四元数命令的系统。通过数值仿真对无人机跟踪姿态阶跃指令和跟踪航路点导航任务的性能进行了评估。
2020-06-28 cs.RO cs.SY eess.SY
A Hybrid Compositional Approach to Optimal Mission Planning for Multi-rotor UAVs using Metric Temporal Logic
Institute for Systems Research（系统研究所）
本文提出了一种混合组合方法，用于多旋翼无人机在受约束环境中的时间敏感搜索救援任务规划，通过将度量时序逻辑形式化描述任务规范，并利用混合模型捕捉无人机的各种操作模式，将任务分解为子任务并使用混合整数线性规划求解器求解最优路径，从而降低计算复杂度并实现实时应用。
2019-09-19 cs.RO cs.SY eess.SY
Distributed Unknown-Input-Observers for Cyber Attack Detection and Isolation in Formation Flying UAVs
KAIST（韩国科学技术院）
本文研究了编队飞行无人机网络中网络攻击的检测与隔离，采用共识算法实现编队控制，利用未知输入观测器检测并识别被攻击的无人机，同时设计算法在检测到攻击后移除故障无人机以维持编队飞行。
2017-01-23 cs.SY eess.SY
Distributed Leader-Follower Formation Tracking Control of Multiple Quad-rotors
研究了多个四旋翼系统的主从编队控制问题。为了实现预定义的形成在三维空间（$x,y$和$z$），一种新的本地跟踪控制律和分布式观测器。局部跟踪控制律首先在$z$中找到有界连续但大于零的控制，基于该控制，随后针对与$x$和$y$相关联的误差导出反馈线性化控制。分布式观测器实现了从站之间的位置协调，虽然只有部分从站可以知道领导者的状态，只有相邻的通信是可用的。仿真结果验证了所提出的编队方案的有效性。
2020-03-02 cs.SY eess.SY
Improving the Region of Attraction of a Multi-rotor UAV by Estimating Unknown Disturbances
Faculty of Engineering, Memorial University of Newfoundland（纽芬兰纪念大学工程学院）
本文提出用神经网络估计未知扰动并融入标称模型，结合图形化技术计算LQR控制下多旋翼无人机的吸引域，实验表明该方法比传统Lyapunov方法更准确且更少保守。
2024-08-30 cs.LG cs.RO cs.SY
Variable Time-Step MPC for Agile Multi-Rotor UAV Interception of Dynamic Targets
BITS Pilani K.K. Birla（BITS Pilani K.K. Birla（比茨皮拉尼K.K.比尔拉））
针对现有非线性MPC在多旋翼无人机敏捷轨迹规划中受固定步长和预测时域限制导致求解质量低的问题，提出可变时间步长并耦合预测时域的MPC方法，结合质点运动基元与微分平坦特性生成可行轨迹，提升了长航段规划与近目标机动的求解质量。
2025-03-18 cs.AI cs.RO cs.SY
Adaptive Gain Nonlinear Observer for External Wrench Estimation in Human-UAV Physical Interaction
Carleton University（卡尔顿大学）；University of Thi-Qar（提卡大学）
本文提出自适应增益非线性观测器用于估计人机无人机物理交互中的外部力矩，通过非线性动态模型实现高精度鲁棒估计，无需专用传感器，提升交互安全性和实用性。
2026-03-06 cs.SY eess.SY
Co-design of Control and Planning for Multi-rotor UAVs with Signal Temporal Logic Specifications
University of California, Berkeley（加利福尼亚大学伯克利分校）
城市空中机动性（UAM），或多个有人和无人驾驶飞行器（UAV）在城市空域执行各种任务的场景，是一个日益突出的未来交通概念。具有复杂的空间，时间和反应需求的UAM任务可以使用信号时序逻辑（STL），一种行为规范语言简洁地表示。然而，STL规范的系统规划和控制是计算密集型的，通常导致规划方法不能保证动态可行性，或控制方法不能处理复杂的STL规范。在这里，我们提出了一种方法来共同设计的规划和控制，使一个给定的STL规范（可能在多个无人机）是满意的动态可行的轨迹，我们的控制器可以跟踪他们与有界的跟踪误差，规划占。针对无人机的非线性动力学特性，设计了跟踪控制器，并在轨迹满足一定运动学约束条件时，计算了该控制器的跟踪误差界。我们还增加了现有的多无人机STL为基础的轨迹生成器，以生成满足这些约束的轨迹。我们表明，这种协同设计允许的轨迹，满足给定的STL规范，也是动态可行的意义上，他们可以跟踪有界误差。通过多无人机任务的仿真验证了该方法的适用性。
2020-09-30 cs.MA cs.RO cs.SY
Signal corrector and decoupling estimations for UAV control
针对一类具有大误差传感器的不确定系统，根据完全解耦估计的思想，提出了低阶稳定信号校正器和观测器，用于信号校正和不确定性估计。信号校正器可以抑制全局位置感知中的大误差，观测器可以估计系统的不确定性，即使存在随机非高斯噪声。将该校正器和观测器应用于无人机导航控制中，对位置/姿态角进行大误差校正，并对无人机飞行动力学中的不确定性进行估计。根据校正估计结果设计控制律。最后通过实验验证了该方法的有效性。
2022-08-11 cs.SY eess.SY
Design, Modeling and Control for a Tilt-rotor VTOL UAV in the Presence of Actuator Failure
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；Amazon（亚马逊）
实现垂直起飞和降落，同时提供长距离飞行的能力，为广泛的新的现实世界飞机应用打开了大门，同时改善了许多现有的任务。倾转旋翼垂直起降无人机（VTOL）比固定翼和多旋翼飞机更适合此类应用。这些飞机的前期工作主要涉及空气动力学性能、设计、建模和控制。然而，一个较少探索的领域是研究它们的潜在容错，由于其固有的冗余，这使得它们能够容忍一定程度的驱动故障。本文介绍了倾转旋翼垂直起落飞机作动器几种故障的容限。我们讨论了一个定制的倾转旋翼垂直起降无人机，这是一个固定翼飞机和倾转旋翼，其中四个螺旋桨可以单独旋转的四旋翼组合的设计和建模。然后，我们分析了可行的扳手空间的车辆可以产生和设计的动态控制分配，使系统能够适应执行器故障，受益于配置冗余。所提出的方法是轻量级的，并实现作为一个扩展到现有的飞行控制堆栈。大量的实验验证了该系统能够在不同的执行器故障情况下保持受控飞行。据我们所知，这项工作是第一次研究倾转旋翼垂直起降的容错，利用配置冗余。源代码和模拟可以在https://theairlab.org/vtol上访问。
2023-01-02 cs.RO cs.SY eess.SY
A Unified MPC Strategy for a Tilt-rotor VTOL UAV Towards Seamless Mode Transitioning
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
提出一种基于MPC的统一控制策略，解决倾转旋翼VTOL无人机无需模式切换的控制分配问题，利用四旋翼冗余设计提升容错性，在性能上优于PID控制器并实现平滑过渡与精确转弯。
2024-02-12 cs.RO cs.SY eess.SY
A Semi-global Hybrid Sensorless Observer for Permanent Magnets Synchronous Machines with Unknown Mechanical Model
在本文中，我们提出了一个混合的永磁同步电机无传感器观测器，没有先验知识的机械动力学和没有典型的假设恒定或缓慢变化的速度。相反，我们强制转子速度始终具有恒定（未知）符号和非零幅度。对于所提出的方案的设计，有意义的李群形式主义被采用来描述作为单位圆的元素的转子位置。然而，这种选择导致不可收缩的状态空间，因此它引入了拓扑约束，使得实现全局/半全局和鲁棒结果变得复杂。在这方面，它表明，建议的观察员，它采用了一个时钟定期重置的估计，是半全局几乎渐近稳定，因此，它提高了连续时间的版本下设计相同的假设。正如在仿真结果中所强调的那样，新的混合策略导致增强的瞬态性能，特别是在连续时间解决方案中采用的增益没有任何修改。这些功能促使增加观察员与离散时间标识符，导致显着更快的转子磁通重建。
2020-02-11 cs.SY eess.SY
Simulation of Non-inductive Vector Control of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Sliding Mode Observer
本研究针对永磁同步电机精准运行需获取转子信息的需求，采用滑模观测器结合矢量控制技术构建无传感器控制模型，经仿真验证可精准跟踪转子位置与速度，满足控制要求。
2023-05-06 cs.SY eess.SY
Modelling, Analysis and Control of OmniMorph: an Omnidirectional Morphing Multi-rotor UAV
University of Twente（特文特大学）；Sapienza University of Rome（罗马大学）
本文首次提出名为OmniMorph的全向变形多旋翼无人机的设计、建模与控制，通过单个伺服电机实现变形以优化能耗和机动性，并验证了最优控制器及原型机的气动干扰测试。
2024-02-19 cs.RO cs.SY eess.SY
A Nonlinear Observer for Air-Velocity and Attitude Estimation Using Pitot and Barometric Measurements
本文提出了一种基于皮托和气压测量的非线性观测器，用于在GPS拒止环境下估计无人机的空气速度和姿态。
2025-12-05 cs.SY eess.SY
An Improved Adaptive Smo for Speed Estimation of Sensorless Dsfoc Induction Motor Drives and Stability Analysis using Lyapunov Theorem at Low Frequencies
本文提出了一种改进的自适应滑模观测器（ASMO）用于无速度传感器DSFOC感应电机控制系统，并对其稳定性进行了分析。ASMO用于估计转子转速、转子电阻、磁链、定转子电流和电磁转矩，而滑模磁链观测器（SMFO）采用独立增益作为校正项，以提高自适应滑模磁链观测器在甚低频运行时的鲁棒性和精度。利用李雅普诺夫稳定性理论设计电流和转子磁链SMOs的增益，以保证估计变量的稳定性和快速收敛。本文着重介绍了Simulink模块及其图形分析的数学方法的帮助下。此外，与基本的常规控制器的结果进行了比较，结果证明，所提出的ASMO方法显示出良好的瞬态和稳态速度估计的自适应估计器，特别是在低频。
2022-05-18 cs.SY eess.SY
Accurate Control under Voltage Drop for Rotor Drones
Beihang University（北京航空航天大学）；School of Aeronautic Science and Engineering, Beihang University（北京航空航天大学航空科学与工程学院）；School of Automation Science and Electrical Engineering, Beihang University（北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院）；School of Cyber Science and Technology, Beihang University（北京航空航天大学网络空间科学与技术学院）；Hangzhou Innovation Institute, Beihang University（北京航空航天大学杭州创新研究院）
针对旋翼无人机长时间飞行或剧烈机动时电池电压降（VD）导致的扰动问题，提出集成电压降观测器（VDO）与固定时间滑模观测器（SMO）的抗扰动控制方案，通过精细化动力学模型与解耦观测降低保守性，实飞验证有效。
2025-04-12 cs.RO cs.SY eess.SY
Location-aware Beamforming for MIMO-enabled UAV Communications: An Unknown Input Observer Approach
众多的通信和网络挑战阻碍了在现有无线技术主要集中在地面的极端环境中部署无人机（UAV）;因此，UAV的空对空信道没有完全覆盖。针对无人机联合感知与通信问题，提出了一种新的波束形成空间估计方法。所提出的空间估计算法依赖于使用基于延迟容忍的预测器，该预测器可以在存在由于阵风等因素引起的不确定性的情况下准确地预测目标无人机的位置。该方案使用离散时间未知输入观测器（UIO），通过在同一设备上工作，显著降低了联合目标检测和通信复杂度，并在信道阻塞和干扰的情况下可靠地执行。仿真结果证明了该方法的有效性。
2021-11-20 cs.IT cs.SY eess.SP
A Generic Formation Controller and State Observer for Multiple Unmanned Systems
Indian Institute of Science（印度科学学院）；University of Texas at San Antonio（圣安东尼奥德克萨斯大学）；New Mexico State University（新墨西哥州立大学）；University of Tennessee at Chattanooga（查塔努加田纳西大学）
本文提出一种新型分布式控制器，用于将多无人机编队成围绕移动目标的正多边形。控制器在信息交换拓扑变化时保持网络连通性，并通过参数自由度实现灵活控制。仿真验证了控制器的有效性，并展示了非线性观测器对车辆速度的快速估计。
2017-09-05 cs.SY eess.SY
Load Mitigation and Power Tracking Control for Multi-Rotor Turbines
提出了一种基于模型的多转子系统的可行控制策略，同时追求两个控制目标：减轻主塔上的机械载荷，并遵循外部确定的功率变化，以获得电力系统的快速功率参考响应。为此，提出了一种由两级组成的可扩展控制策略：第一级由每个转子单元的分散控制组成。通过使用LPV形式主义，它示出了如何被控制系统的非线性被认为是在设计中使用分散的风速观测器的每个转子，以提高整体闭环性能。为了减轻非对称旋翼推力对多旋翼主塔的横向载荷，引入了一个高层控制器。最后，通过仿真研究证明了控制器结构的适用性。
2022-12-18 cs.SY eess.SY
Exponentially Stable Observer-based Controller for VTOL-UAVs without Velocity Measurements
Carleton University（卡尔顿大学）
针对垂直起降无人机无速度测量的控制需求，提出李群上的全状态观测器及基于观测器的控制器，实现几乎全局指数稳定，仅靠视觉地标即可工作，并通过仿真与真实飞行数据验证。
2023-08-25 cs.RO cs.SY eess.SY
Suspended Load Path Tracking Control Using a Tilt-rotor UAV Based on Zonotopic State Estimation
Graduate Program in Electrical Engineering, Federal University of Minas Gerais, Belo Horizonte, MG 31270-901, Brazil（巴西联邦矿务工程师学院电气工程研究生项目）；Department of Electronics Engineering, Federal University of Minas Gerais, Belo Horizonte, MG 31270-901, Brazil（巴西联邦矿务工程师学院电子工程系）
本文研究了利用倾斜旋翼无人机进行悬浮负载路径跟踪控制的问题，通过建立多体机械系统的动力学模型，提出退化拓扑状态估计器来估计负载位置和姿态，并设计了具有极点放置约束的离散时间混合H2/H∞控制器以实现鲁棒的路径跟踪控制。
2018-09-20 cs.RO cs.SY eess.SY
A Robust Sensorless Controller-Observer Strategy for PMSMs with Unknown Resistance and Mechanical Model
在这项工作中，我们提出了一种混合的永磁同步电机无传感器策略，结合转矩/电流控制器和观测器的位置，速度，磁链和定子电阻。所提出的协同设计的动机是需要一个适当的信号注入技术，以保证完整的状态可观测性。在观测器设计中既没有使用典型的恒定或缓慢变化的速度假设，也没有使用先验的机械模型信息。相反，转子速度被建模为具有恒定（未知）符号和一致非零幅度的未知输入扰动。与所提出的架构，它表明，转矩跟踪和信号注入任务可以实现和渐近解耦。由于这些特点，我们把这种策略称为一个无传感器的机器人观察员没有机械模型。采用梯度下降电阻/反电动势估计，结合单位圆形式主义来描述转子的位置，我们严格证明区域实际渐近稳定的整体结构，与域的吸引力，可以任意大，不包括一个低维流形。该设计的有效性进一步验证了数值仿真，与无人机螺旋桨控制的一个具有挑战性的应用。
2020-02-05 cs.SY eess.SY
Observer-based Controller for VTOL-UAVs Tracking using Direct Vision-Aided Inertial Navigation Measurements
Carleton University（卡尔顿大学）；The Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学）；University of Szeged（塞格德大学）
本研究提出一种基于观测器的VTOL-UAV控制器，可直接利用VA-INS测量值实现6 DoF轨迹跟踪，省去姿态位置重建，计算效率更高，闭环误差指数稳定，适用于GPS不可用环境，且提供了离散版本并完成测试。
2023-08-25 cs.RO cs.SY eess.SY
Quasi-Static Fault-Tolerant Feedback Control of a Quadrotor under Rotor Failure with Provable Safety Guarantees
Sultan Qaboos University（苏丹卡布斯大学）；New Jersey Institute of Technology（新泽西理工学院）
针对四旋翼单旋翼故障，提出基于准静态反馈的非线性控制律，稳定路径跟踪流形以实现路径不变性和局部指数收敛，提供可证明的安全保证，并经Drake仿真验证。
2026-09-22 cs.SY eess.SY math.DS
A Swash Mass Unmanned Aerial Vehicle: Design, Modeling and Control
提出了一种新型无人机结构--斜置质量无人机。它由一个双叶片同轴转子和四个旋转斜盘组成，允许改变方向和操纵无人机。动力系统模型是从牛顿\textquotesingle定律框架中推导出来的。讨论了无人机的旋转行为作为设计参数的函数。根据所得到的非线性动力系统模型的唯一性和形式，提出了一种反推控制机制。它是在每个迭代步骤中按照李雅普诺夫控制方法获得的。仿真结果表明，所提出的控制算法可以使大质量无人机在摇摆状态下精确跟踪线性和攻击性航迹。
2019-09-13 cs.SY eess.SY
Integrated Flight and Propulsion Control for Fixed-Wing UAVs via Thrust and Disturbance Compensation
Dalian University of Technology（大连理工大学）
本文提出了一种集成飞行与推进控制方案，通过推力与扰动补偿实现固定翼无人机的位置跟踪控制。
2026-02-26 cs.SY eess.SY
Self-Powered Solar Aerial Vehicles: Towards Infinite Endurance UAVs
探索了一种自供电方案，利用太阳能和浮力升力实现长时间运行。最终目标是在满足无人机动力学特性和所需的控制性能、机动性和占空比的同时，具有无限续航能力。在最优不确定性量化（OOQ）的框架内确定与无人机功率需求和太阳能输入相关的无量纲功率项。OOQ考虑了动力学和控制中的不确定性和不完整信息，可用的太阳能，以及太阳能无人机模型的电力需求，并提供了一个最佳的解决方案，以实现能源方面的自我维持系统。讨论了自供电的轨迹跟踪、速度和控制。这类飞行器可以克服当前电动无人机的飞行时间限制，从而满足许多应用的需求。本文为太阳能电动多旋翼无人机的设计提供了一种通用的方法。
2020-07-24 cs.SY eess.SY
Joint State-Parameter Observer-Based Robust Control of a UAV for Heavy Load Transportation
University of São Paulo（圣保罗大学）；Federal University of Minas Gerais（米纳斯吉拉斯联邦大学）
针对未知参数重载运输的八旋翼无人机轨迹跟踪问题，提出结合联合估计无迹卡尔曼滤波的鲁棒非线性W-infinity控制策略，经数值验证有效。
2025-03-23 cs.RO cs.SY eess.SY
Detection of Stealthy Adversaries for Networked Unmanned Aerial Vehicles*
Stevens Institute of Technology（史蒂文斯理工学院）
本文针对网络化无人机编队控制中的零动态和隐蔽攻击，提出集中式与分散式观测器检测方法，利用通信拓扑切换和本地测量实现隐蔽入侵检测，并通过实验验证其有效性。
2022-05-22 cs.RO cs.SY eess.SY
Redundant Observer-Based Tracking Control for Object Extraction Using a Cable Connected UAV
Department of Aeronautical and Automotive Engineering, Loughborough University（航空与汽车工程系，洛桑大学）；Department of Computer Science, University College London（计算机科学系，伦敦大学学院）；Department Of Computer Science, University of Liverpool（计算机科学系，利物浦大学）
针对四旋翼无人机受弹性系绳与垂直干扰的耦合影响，提出一种基于冗余观测器的控制方案，利用三通道冗余测量联合估计线缆刚度与垂直干扰，在跟踪与物体提取实验中显著优于标准观测器方法。
2024-10-31 cs.RO cs.SY eess.SY
Vision Based Autonomous UAV Plane Estimation And Following for Building Inspection
Nanyang Technological University（南洋理工大学）
无人机（UAV）已经在许多民用应用中展示了其潜力，而幕墙检测是最有前途的应用之一。在本文中，我们专注于使自主感知和控制的小型无人机的外墙检测任务。具体来说，我们认为，通过简化的建筑结构作为级联的飞机，作为一个平面的物体姿态估计问题的感知和控制的最佳参考跟踪控制问题。首先，提出了一种基于视觉的自适应观测器，该观测器可以在非常温和的观测条件下实现稳定的平面位姿估计。其次，在满足观测器持续激励条件和无人机机动约束条件的前提下，设计了模型预测控制器，实现了多平面情形下的稳定跟踪和平滑过渡。通过仿真和实际建筑立面检测场景对所提出的自主式平面位姿估计和平面跟踪方法进行了测试，验证了其有效性和实用性。
2021-02-02 cs.RO cs.SY eess.SY
Gait Analysis for A Tilt-rotor: The Dynamic Invertible Gait
The University of Tokyo（东京大学）
传统的基于反馈线性化的控制器，应用于倾转旋翼（八个输入），结果在倾转角的广泛的变化，这是在实践中不期望的。为了解决这个问题，我们引入了新的概念无人机步态来限制倾斜角。步态计划最初是为了解决四足机器人的控制问题。移植这种方法，伴随着反馈线性化，倾转旋翼机可能会导致众所周知的不可逆问题的解耦矩阵。在本研究中，我们探讨倾转旋翼机的可逆步态，并应用反馈线性化来稳定姿态和高度。推导了获得满秩解耦矩阵的等价条件，并将其简化为近零滚转和零俯仰。提出了几种可逆步态进行姿态高度控制试验。感兴趣区域内的可接受步态被可视化。在Simulink、MATLAB中对实验进行了仿真。结果表明，在态度和高度的有希望的反应。
2022-02-11 cs.RO cs.SY eess.SY
Zero Dynamics Stability of a Multirotor UAV with a Heavy Payload
Department of Mechanical Engineering, TU/e, Eindhoven University of Technology（代尔夫特理工大学机械工程系）
本文研究了多旋翼无人机载荷位置对稳定性和控制性能的影响，通过分析零动力学稳定性及H2范数，提出优化载荷位置以提升扰动抑制能力的方法。
2026-09-10 cs.SY eess.SY
Stereo Vision for Unmanned Aerial VehicleDetection, Tracking, and Motion Control
提出了一种新的无人机检测方法。本研究的目的是为自主式多旋翼无人机开发一种鲁棒的设置，能够视觉检测和跟踪入侵无人机进行实时运动规划。该系统由两部分组成：使用立体摄像机生成三维点云数据的目标检测和应用卡尔曼滤波器进行无人机运动建模的视频跟踪。在探测到入侵者后，猎人可以瞄准并向入侵者发射一张绳网以压制它。计算机视觉，运动跟踪和规划算法可以在安装在猎人无人机上的便携式计算机上实现。
2020-05-07 cs.SY eess.IV eess.SP
A globally exponentially stable position observer for interior permanent magnet synchronous motors
ITMO University（圣彼得堡信息、光学和机械大学）；The University of Sydney（悉尼大学）；University of Belgrade（贝尔格莱德大学）；Pohang University of Science and Technology (POSTECH)（韩国科学技术院）
本文提出了一种适用于内永磁同步电机的全局指数稳定位置观测器，解决了长期存在的观测问题，并通过实验验证了其在静止和高速区域的高性能。
2020-02-27 cs.SY eess.SY
Optimal and Robust Fault Tolerant Control of Wind Turbines Working under Sensor, Actuator, and System Faults
针对风能转换系统在多类故障下的控制问题，本研究结合分数阶微积分与高阶滑模控制，提出多种容错控制策略，并搭配状态观测器，实现桨距调节、转速跟踪与发电量提升。
2023-08-24 cs.SY eess.SY
Fault Separation Based on An Excitation Operator with Application to a Quadrotor UAV
针对四旋翼无人机的执行器故障与负载不确定性耦合问题，提出基于激励算子的故障分离架构，结合观测器、分离机动与安全控制器实现故障与干扰的分别估计，经仿真与飞行实验验证可在保证跟踪性能的同时有效分离故障。
2023-08-20 cs.SY eess.SY
Bearing-based Simultaneous Localization and Affine Formation Tracking for Fixed-wing Unmanned Aerial Vehicles
本文针对固定翼无人机提出基于方位的同步定位与仿射编队跟踪方案，融合分布式自定位算法与基于观测器的控制器，支持时变期望方位，并设计了两种不同收敛速度的控制方案。
2025-01-03 cs.MA cs.SY eess.SY
In-flight actuator failure recovery of a hexrotor via multiple models and extended high-gain observers
研究了六旋翼无人机飞行中舵机故障恢复问题。六旋翼可能会遇到外部干扰和建模误差，这些干扰和误差在控制设计中被考虑，并与致动器故障区分开来。任何一个执行器的故障发生在飞行过程中，必须快速准确地识别。这是通过使用一个多模型，多个扩展的高增益观测器（EHGO）的输出反馈控制策略。该系列的EHH负责估计状态，干扰，并用于选择适当的模型的基础上系统的动态故障发生后。对所提出的方法进行了理论分析，并通过仿真和实验进行了验证。
2021-03-18 cs.SY eess.SY
A Globally Convergent State Observer for Multimachine Power Systems with Lossy Lines
我们提出了第一个解决问题的状态估计的多机电力系统与有损传输线。我们考虑了电力系统的经典三维\fluxdecay "模型，并假设每个发电机的有功功率和无功功率以及转子角和励磁电压可供测量|这是一个在现有技术下可行的方案。观测器的设计依赖于作者提出的两个最新发展：一个基于参数估计的方法来解决状态估计的问题，并使用动态回归扩展和混合技术来估计这些参数。由于这些技术的组合，它是可能克服的问题，缺乏持久的激励，阻碍了标准的观测器设计的应用。仿真结果验证了所提出的观测器的性能。
2020-05-01 cs.SY eess.SY math.DS
Globally Asymptotically Stable Trajectory Tracking of Underactuated UAVs using Geometric Algebra
本文利用几何代数建立欠驱动无人机级联动力学模型，提出一种无需记忆和迭代搜索的简单控制策略，实现无奇异表示，并通过输入到状态稳定性证明和四倾转旋翼机有风环境仿真验证了全局渐近稳定的轨迹跟踪性能。
2025-09-03 cs.SY eess.SY
Robust Attitude Control of Nonlinear UAV Dynamics with LFT Models and $\mathcal{H}_\infty$ Performance
本文研究了在风扰和陀螺噪声下，基于LFT模型和H_∞性能的鲁棒控制器在多旋翼姿态调节中的应用，通过非线性仿真验证了其在恶劣风扰下的优越性能。
2026-03-12 cs.RO cs.SY eess.SY
Hovering Control of Flapping Wings in Tandem with Multi-Rotors
Northeastern University（东北大学）
针对无尾蝙蝠仿生扑翼微型飞行器Aerobat的飞行控制难题，提出结合多旋翼防护环的悬停稳定方案，并设计状态观测器实现闭环控制。
2023-07-31 cs.RO cs.SY eess.SY
On Robust Observer Design for System Motion on SE(3) Using Onboard Visual Sensors
车载视觉传感在无人地面车辆（UGV）和/或无人机（UAV）中得到了广泛的应用，它们可以被建模为SE（3）上的动态系统。动态系统的机载传感输出通常可以用于导出特征标记与系统之间的相对位置，但具有明确的几何约束。这样的视觉几何约束使得在SE（3）上的视觉观察者的设计非常具有挑战性，因为它将导致时变或切换可见集合，这是由于该集合中的特征标记的数量沿着不同的轨迹变化。此外，具有错误识别的特征标记和建模不确定性的可能性可能导致发散的估计误差。本文提出了一种新的鲁棒观测器设计方法，可以容纳这些不确定性，从船上的视觉传感。该观测器的关键设计思想是估计可见集，并从测量中识别误识别的特征。基于所识别的不确定性，提出了一种切换策略，以确保在一个固定的时间间隔内的任何给定的轨迹有界的估计误差。仿真结果证明了所提出的鲁棒观测器的有效性。
2023-03-21 cs.SY eess.SY
Learning-Based Fault-Tolerant Control for an Hexarotor with Model Uncertainty
本文针对六旋翼机动回收中的容错控制问题，提出了一种基于高斯过程（GP）的学习跟踪控制器。特别是，估计某些不确定性，出现在一个六旋翼飞行器的能力，重新配置其转子，以补偿故障。转子重新配置引入干扰，使得飞行器的动态模型不同于标称模型。控制算法的目的是学习和补偿量的建模不确定性后，在控制分配重新配置失败，通过使用GP作为一个学习为基础的模型的预测。特别是，所提出的方法保证了概率有界的跟踪误差具有很高的概率。通过对六旋翼无人机的实验测试，评估了基于学习的容错控制器的性能。
2022-02-25 cs.SY eess.SY math.OC
Bounded Distance-control for Multi-UAV Formation Safety and Preservation in Target-tracking Applications
Indian Institute of Science（印度科学学院）；Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）
多智能体系统中的安全概念在许多新兴的多机器人协作应用中具有重要意义。在本文中，我们提出了一个多无人机协同目标跟踪的应用程序，通过定义有界的无人机之间的距离，以确保编队的安全操作。在这样做的时候，我们解决的问题，优先于其他的多目标控制框架中的特定目标。我们提出了一个障碍李雅普诺夫函数为基础的分布式控制律，执行的距离上的界限，并评估其李雅普诺夫稳定性使用的运动学模型。理论分析得到了数值结果的支持，该结果考虑了测量噪声和运动目标。直线和圆周运动的目标被认为是，二次李雅普诺夫函数为基础的控制，经常用于多智能体多目标问题的结果，也被提出。两种控制方法的比较阐明了我们提出的安全控制的优势，在形成的智能体之间的距离的边界。使用ROS模拟的结论性评价说明了所提出的控制的实用性，以一对多转子视觉估计和保持其相互分离在指定的范围内，因为他们跟踪一个移动的目标。
2023-01-09 cs.RO cs.SY eess.SY
Control of Complex Maneuvers for a Quadrotor UAV using Geometric Methods on SE(3)
Florida Institute of Technology（佛罗里达理工学院）；University of California at San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；University of Michigan（密歇根大学）
本文利用SE(3)上的几何方法，通过非线性跟踪控制器解决四旋翼无人机的复杂机动控制问题，包括姿态、位置和速度跟踪，并展示了几乎全局的闭环稳定性。
2011-09-09 cs.SY eess.SY math.OC
