Vector Field Following for Quadrotors via Reduced Attitude Representations with Applications to Safety-Critical Control
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
本文提出两种基于降阶姿态表示的四旋翼向量场跟踪控制器，利用控制障碍函数将安全编码进向量场，并通过仿真和实验验证其有效性。
2026-10-06 cs.SY eess.SY
On executing aggressive quadrotor attitude tracking maneuvers under actuator constraints
National Technical University of Athens（雅典国立技术大学）
本文提出了一种四旋翼姿态控制框架，结合推力分配策略和几何姿态跟踪控制器，在满足执行器约束的同时实现激进姿态 maneuver，通过严格稳定性证明保证了性能提升。
2018-05-02 cs.SY eess.SY
Robust Trajectory Tracking and Payload Delivery of a Quadrotor Under Multiple State Constraints
随着四旋翼在救援行动、基础设施维护等应用中变得非常流行，当四旋翼必须在各种操作场景期间操纵通过受限空间时，出现了关键的控制设计挑战：例如，在预定速度和空间内检查管道，在狭窄空间下的精确位置处投放救援材料等，在面对参数不确定性和外部干扰的情况下。为了解决这种情况下，控制器需要确保预定义的跟踪精度，以便不违反约束，同时解决不确定性和干扰。然而，国家的最先进的控制器处理约束系统运动要么不适用于欠驱动系统，如四旋翼，或不能解决系统的不确定性下的全状态约束。本文试图通过设计基于障碍李雅普诺夫函数（BLF）的鲁棒控制器来满足多个状态约束，同时协调参数不确定性和外部干扰，从而填补这一空白。的BLF控制方法的优越性，一个典型的无约束控制器的证明，其次是鲁棒控制设计，以满足四旋翼动力学的位置和方向约束。最后，四旋翼上的全状态约束（即，对位置、方向、线速度和角速度的约束）由鲁棒控制满足。对于每个控制设计，闭环系统的稳定性进行了研究分析和设计的有效性进行了广泛验证，无论是通过现实的仿真场景，或通过一个真正的四旋翼上进行的实验。
2022-01-07 cs.SY eess.SY
Cascaded TD3-PID Hybrid Controller for Quadrotor Trajectory Tracking in Wind Disturbance Environments
Shanghai Maritime University（上海海事大学）；Shenzhen Research Institute of Big Data（深圳大数据研究院）；Chinese University of Hong Kong, Shenzhen（香港中文大学（深圳））；Henan University of Science and Technology（河南科技大学）；Beijing University of Posts and Telecommunications（北京邮电大学）；Nanjing University of Information Science and Technology（南京信息工程大学）
本文提出一种级联混合控制框架，用于四旋翼在非线性动态和外部扰动下的轨迹跟踪。通过增强PID控制器与TD3算法，提升水平位置控制在严重扰动下的性能，并通过仿真和实测验证其鲁棒性。
2026-05-13 cs.SY eess.SY
Attitude Control of a Novel Tailsitter: Swiveling Biplane-Quadrotor
针对一种新型四旋翼无人机-旋转双翼四旋翼机的姿态跟踪问题，提出了一种解决方案。所提出的飞行器设计通过提出一种新的设计来解决传统双翼四旋翼尾座中缺乏偏航控制权限的问题，其中具有两个附接螺旋桨的两个机翼通过旋转机构与杆连接在一起。偏航力矩由每个机翼的推力矢量的相对旋转产生。该构型的独特设计使两个刚性体通过一根扭转刚度为零的杆相互连接，从而使飞行器在姿态构型流形中欠驱动。输出跟踪问题的结果是一个等效的刚体姿态跟踪问题的二阶矩动力学。所提出的控制器是一致有效的所有姿态，是基于动态反馈线性化的几何控制框架。所需的平衡跟踪误差动态的几乎全局渐近稳定性。数值仿真和飞行试验表明了该控制器的有效性。
2019-07-19 cs.SY eess.SY
Adaptive Modified RISE Control for Quadrotors: Enhancing Trajectory Tracking Through Uncertainty Compensation
本文提出一种自适应修正符号误差鲁棒逆（AM-RISE）控制方法，通过显式补偿陀螺效应、旋翼动力学及参数不确定性等，实现四旋翼无人飞行器在复杂扰动下的可靠轨迹跟踪，并基于 Lyapunov 分析证明了渐近稳定性和改进的闭环性能。
2025-07-01 cs.SY eess.SY
Error-State LQR Formulation for Quadrotor UAV Trajectory Tracking
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
提出一种基于误差状态线性二次型调节器的四旋翼无人机轨迹跟踪方法，利用指数坐标表示姿态误差，结合全状态反馈与级联体速率控制器实现鲁棒控制。
2026-07-28 cs.RO cs.SY eess.SY
MPC-Based Trajectory Tracking for a Quadrotor UAV with Uniform Semi-Global Asymptotic Stability Guarantees
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；Lakehead University（湖首大学）
本文提出了一种适用于四旋翼无人机的模型预测轨迹跟踪方法，通过分层控制策略实现姿态和推力的闭环控制，并证明了整体系统半全局渐近稳定性。
2026-09-21 cs.SY eess.SY
Nonlinear Robust Tracking Control of a Quadrotor UAV on SE(3)
The George Washington University（乔治华盛顿大学）；University of California at San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；University of Michigan（密歇根大学）
针对四旋翼无人机在SE(3)上的模型，提出非线性输出跟踪控制器，实现对姿态和位置指令的鲁棒跟踪，并保证跟踪误差一致最终有界。
2011-09-21 cs.SY eess.SY math.OC
Globally-Attractive Logarithmic Geometric Control of a Quadrotor for Aggressive Trajectory Tracking
Brigham Young University（杨百翰大学）
我们提出了一种新的四旋翼几何控制方案，能够跟踪高度侵略性的轨迹。我们的几何控制器使用SO（3）的对数映射来表示李代数中的旋转误差，并且我们证明了它是全局吸引的，而不需要复杂的混合切换方案。我们展示了我们的控制器对高度侵略性的轨迹在仿真实验中的性能。此外，我们提出了一个适应这个控制器，使我们能够有效地与角速率控制器的机载飞行控制单元的接口，并显示这种适应控制方案的能力，以跟踪侵略性的轨迹上的四旋翼硬件平台。
2021-12-01 cs.RO cs.SY eess.SY
Time-attenuating Twin Delayed DDPG Reinforcement Learning for Trajectory Tracking Control of Quadrotors
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）
四旋翼飞行器的连续轨迹跟踪控制在考虑环境噪声的情况下是比较复杂的。由于难以对环境动态进行建模，基于传统控制理论的跟踪方法，例如模型预测控制，在跟踪精度和响应时间上具有局限性。我们提出了一个时间衰减双延迟DDPG，无模型算法，是强大的噪声，以更好地处理轨迹跟踪任务。构建了一个深度强化学习框架，其中设计了时间衰减策略以避免陷入局部最优。实验结果表明，该算法跟踪误差小，运算时间仅为传统算法的十分之一。利用OpenAI Mujoco工具对所提算法进行了验证，仿真结果表明，所提方法能显著提高训练效率，有效提高精度和收敛稳定性。
2023-02-13 cs.RO cs.SY eess.SY
Almost Global Trajectory Tracking for Quadrotors Using Thrust Direction Control on $\mathcal{S}^2$
针对四旋翼轨迹跟踪问题，提出基于$\u0007mathcal{S}^2$推力方向控制的级联控制律，通过类反步构造Lyapunov函数证明几乎全局稳定性，简化了参数整定且提升了跟踪性能，经仿真与实物实验验证。
2024-11-20 cs.SY eess.SY
Robust Adaptive Geometric Tracking Controls on SO(3) with an Application to the Attitude Dynamics of a Quadrotor UAV
Florida Institute of Technology（佛罗里达理工学院）
本文提出了一种基于特殊正交群SO(3)的鲁棒自适应跟踪控制方法，通过设计惯性矩阵自适应律，在未知惯性矩阵和存在非结构化扰动的情况下实现刚体姿态的渐近跟踪，并通过四旋翼无人机实验验证。
2011-08-30 cs.SY eess.SY math.OC
A Unified Finite-Time Sliding Mode Quaternion-based Tracking Control for Quadrotor UAVs without Time Scale Separation
针对四旋翼无人机有限时间位置跟踪，提出基于四元数、连续可微滑模流形和过渡前馈的统一非线性控制框架，无需时间尺度分离即可保证半全局有限时间稳定并抑制有界扰动。
2025-07-26 cs.SY eess.SY
A Symbolic Regression Method for Dynamic Modeling and Control of Quadrotor UAVs
采用符号回归方法建立了四旋翼无人机（QUAV）的动力学数学模型，提出了一种轨迹跟踪的递阶控制方案。符号回归方法能够仅通过所收集的数据来构造解析的四旋翼动力学方程，这减轻了第一原理建模的负担。为了便于QUAV的位置跟踪控制，控制器的设计可以分为两部分：首先，位置子系统的比例积分控制器的设计，以获得期望的水平位置和姿态子系统的反推方法，以确保欧拉角和高度可以快速收敛到参考值。在基准多旋翼飞行器仿真器上进行了实验，验证了该方法的有效性。
2021-05-07 cs.SY eess.SY
Command-filter-based trajectory-tracking control of quadrotor subject to internal and external disturbances
针对四旋翼飞行器的未知内外扰动问题，提出集成扰动观测器与高增益观测器的指令滤波反步控制器，可同时解决扰动抑制与部分传感问题，避免反步设计的复杂度爆炸，降低对高精度传感器的依赖。
2025-10-30 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
Reinforcement Learning Trajectory Generation and Control for Aggressive Perching on Vertical Walls with Quadrotors
微型飞行器由于其相对较低的运行成本和在各种应用中的高度灵活性而被广泛研究和应用。研究了欠驱动四旋翼飞行器的停驻问题，设计了一种轨迹规划器和控制器，在状态空间中生成可行轨迹并驱动四旋翼飞行器到达期望状态。提出了一种四旋翼悬停轨迹生成与跟踪方法，该方法综合了强化学习控制器和传统控制器的优点。在仿真环境中，训练好的低层强化学习控制器将操纵四旋翼飞行器朝向停驻点。一旦仿真的四旋翼飞机成功停驻，仿真中的相对轨迹信息将被发送到真实四旋翼飞机上的跟踪控制器，并开始实际的停驻任务。通过训练的强化学习控制器生成可行轨迹需要更少的时间，并且传统的轨迹跟踪控制器可以容易地修改以控制四旋翼并且数学地分析其稳定性和鲁棒性。我们表明，这种方法允许的轨迹和控制器的控制结构，使这种侵略性的机动栖息在垂直表面上具有高精度。
2021-03-04 cs.RO cs.SY eess.SY
Quadrotor Control on $SU(2)\times R^3$ with SLAM Integration
我们提出了一个轨迹跟踪控制器的四旋翼无人机（UAV）配置在$SU(2)\times R^3$，并将此结果与一个家庭的几何跟踪控制器$SO(3)\times R^3$。通过仿真实例对理论结果进行了补充，并将该控制器应用于实际，通过扩展卡尔曼滤波器（EKF）与同步定位与地图构建（SLAM）系统相结合.这有利于无人机的操作，没有外部的运动捕捉系统，我们证明，建议的控制系统可用于在超市环境中没有外部定位系统的库存任务。
2021-10-03 cs.SY eess.SY
Newton-Raphson Flow for Aggressive Quadrotor Tracking Control
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；School of Electrical and Computer Engineering（电气与计算机工程学院）；School of Civil and Environmental Engineering（土木与环境工程学院）
将牛顿-拉夫逊流跟踪控制器应用于高动态四旋翼飞行，其在基准轨迹上跟踪性能优于PX4原生控制器，且计算量轻、仅需不精确预测器，实验验证了其在硬件平台的可行性。
2024-08-20 cs.RO cs.SY eess.SY
Exploiting Different Symmetries for Trajectory Tracking Control with Application to Quadrotors
Australian National University（澳大利亚国立大学）；I3S (University Côte d’Azur, CNRS, Sophia Antipolis)（I3S（蔚蓝海岸大学、法国国家科学研究中心、索菲亚·安提波利斯））
四旋翼飞行器的高性能轨迹跟踪控制是航空机器人领域的一个重要挑战。对称性是物理系统的一个基本属性，它为设计高性能控制算法提供了一种工具。我们提出了一种设计方法，采取任何给定的对称性，线性化的相关误差在一组坐标，并使用LQR设计，以获得高性能的控制，一种方法，我们术语等变调节器设计。我们发现，四旋翼飞行器承认几种不同的对称性：直接产品对称性，扩展的姿态对称性和姿态和速度对称性，并表明，每个对称性可以用来定义一个全球性的错误。我们通过仿真比较线性化系统，发现扩展的姿态和姿态和速度对称性优于直接的产品对称性在存在大的干扰。这表明选择等变和群仿射对称性改善了线性化误差。
2022-11-22 cs.RO cs.SY eess.SY
A Model Predictive Control Approach for Quadrotor Cruise Control
本文针对四旋翼巡航控制问题，先设计理想场景下的全状态反馈MPC，再针对实际风干扰开发输出反馈无偏移MPC，通过稳定性分析和数值仿真验证其能实现悬停稳定、参考跟踪及干扰抑制。
2025-04-17 cs.SY eess.SY
Geometric Surface-Based Tracking Control of a Quadrotor UAV
National Technical University of Athens（雅典国立技术大学）
本文提出基于几何表面的四旋翼无人机控制方法，通过非线性表面直接在非线性配置流形上演化，内含SE(3)配置空间的非线性特性。通过严格稳定性证明，控制器具有良好的闭环性质，并首次识别了与位置误差无关的吸引区域。仿真展示了在扰动和电机饱和情况下控制器的有效性。
2018-11-12 cs.SY eess.SY math.DS
Nonlinear Control of a Quadrotor UAV Using Backstepping-Based Sliding Mode Technique
本文提出了一种基于反步方法的滑模控制器，用于解决四旋翼无人机的非线性控制问题，通过状态空间表示和仿真验证提升了轨迹跟踪性能。
2025-11-20 cs.SY eess.SY
QuaDUE-CCM: Interpretable Distributional Reinforcement Learning using Uncertain Contraction Metrics for Precise Quadrotor Trajectory Tracking
Imperial College London（帝国理工学院）
精度和稳定性是四旋翼轨迹跟踪系统的共同要求。设计一个精确和稳定的跟踪控制器仍然具有挑战性，特别是在未知的和动态的环境中，复杂的气动干扰。我们提出了一种基于分位数近似的分布增强不确定性估计（ADDUE），以准确地识别气动干扰的影响，即，真实和估计的控制收缩率之间的不确定性。从收缩理论中获得灵感，并将不确定性的ESDUE整合在一起，我们的新的基于CCM的轨迹跟踪框架精确地跟踪任何可行的参考轨迹，同时保证指数收敛。更重要的是，分布式强化学习的收敛性和训练加速分别从理论上得到了保证和分析。我们还展示了我们的系统在未知的和不同的空气动力。在大空气动力（> 2 m/s^2）下，与经典的数据驱动方法相比，我们的QuaDUE-CCM在跟踪误差方面至少提高了56.6%。与基于RL的分布式方法MANDRED MPC相比，MANDUE CCM在收缩率上至少提高了3倍。
2022-07-15 cs.RO cs.SY eess.SY
Vehicle Parameter Independent Gain Matrix Selection for a Quadrotor using State-Space Controller Design Methods
Department of Mechanical and Manufacturing Engineering, University of Calgary（卡尔加里大学机械与制造工程学院）
本文提出了一种基于状态空间方法的四旋翼稳定悬停控制器设计，采用线性方法在存在扰动时保持稳定，并设计了跟踪系统，增益矩阵与四旋翼参数无关，适用于多种四旋翼。
2014-10-02 cs.SY eess.SY
Geometric Surface-Based Tracking Control of a Quadrotor UAV under Actuator Constraints
National Technical University of Athens（雅典国立技术大学）
本文提出了一种基于非线性表面的四旋翼无人机跟踪控制方法，通过非线性表面直接在非线性配置流形上演化，从而在控制设计中内含SE(3)配置空间的非线性特性。通过严格的稳定性证明，展示了具有几乎全局稳定性的闭环特性，并分析了与位置误差无关的吸引区。提出了一种策略，使四旋翼在精确姿态跟踪的同时，遵循所需位置命令并满足作动器约束，且计算成本低。该贡献区别于现有的几何非线性控制系统（GNCSs）解决方案，因为所命令的推力可以由大多数工业四旋翼实现。通过数值模拟和与文献中GNCSs的比较，展示了所提GNCSs的新特性。
2018-11-12 cs.SY eess.SY math.DS
Design and Flight Demonstration of a Quadrotor for Urban Mapping and Target Tracking Research
University of North Carolina at Charlotte（北卡罗来纳大学夏洛特分校）
本文设计并演示了一种配备五摄像头和机载Jetson Orin Nano的小型四旋翼无人机，实现GPS目标自主跟踪与DSO环境建图，并通过飞行测试验证了系统性能。
2024-03-15 cs.CV cs.RO cs.SY
Taylor-Informed Predictive Cost Adaptive Control for Quadrotors with Online Gravity-Trim Adaptation
Kyoto University（京都大学）
该研究针对四旋翼开发了结合在线重力 trim 自适应的泰勒展开式预测成本自适应控制，通过高阶动力学辨识与线性化提升了突发负载变化下的跟踪性能。
2026-09-04 cs.SY eess.SY
Interpretable Stochastic Model Predictive Control using Distributional Reinforced Estimation for Quadrotor Tracking Systems
提出了一种用于动态复杂环境下四旋翼自主导航的新型轨迹跟踪器。所提出的框架集成了一个分布式强化学习（RL）估计未知的空气动力学效应到一个随机模型预测控制器（SMPC）的轨迹跟踪。由阻力和力矩变化产生的气动力效应很难直接和精确地建模。因此，大多数当前的四旋翼跟踪系统在常规控制方法中将它们视为简单的“干扰”。我们提出了基于分位数近似的分布增强干扰估计器，一种气动干扰估计器，以准确地识别干扰，即，空气动力效应的真实值和估计值之间的不确定性。简化仿射扰动反馈用于控制参数化以保证凸性，然后与SMPC集成以获得充分和非保守的控制信号。我们证明了我们的系统，以提高至少66%的累积跟踪误差与未知的和不同的空气动力相比，最近的国家的最先进的。关于传统的强化学习的不可解释性，我们提供了收敛性和稳定性保证的分布式RL和SMPC，分别与非零均值干扰。
2022-05-14 cs.AI cs.LG cs.RO
Trajectory Tracking for Quadrotors with Attitude Control on $\mathcal{S}^2 \times \mathcal{S}^1$
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；University of Toronto Institute for Aerospace Studies（多伦多大学航空航天研究所）
四旋翼的控制通常分为两个后续问题：找到期望的加速度以控制其位置，以及控制其姿态和总推力以跟踪这些加速度并跟踪偏航角参考。虽然产生加速度的推力矢量和确定偏航角的关于推力矢量的旋转角可以独立地控制，但是文献中的大多数姿态控制策略依赖于四元数、旋转矩阵或欧拉角的表示，导致推力矢量的控制和关于该矢量的角度的控制之间的不必要的耦合。这例如导致由于偏航跟踪误差而导致的不期望的位置跟踪误差。在本文中，我们提出了解决的姿态控制问题，使用的2球和1球的笛卡尔积的姿态表示，表示为$\mathcal{S}^2\times \mathcal{S}^1$。我们提出了一个非线性跟踪控制律的$\mathcal{S}^2\times \mathcal{S}^1$，其中包括控制的推力矢量和旋转角的推力矢量，并保证几乎全局渐近稳定。仿真结果突出了所提出的方法比以前的方法的优点。
2019-06-17 cs.RO cs.SY eess.SY
Gaussian Process Model Predictive Control of An Unmanned Quadrotor
Massey University（梅西大学）；Auckland University of Technology（奥克兰理工大学）
本文提出基于高斯过程的模型预测控制方法，用于无人机轨迹跟踪，通过概率高斯过程模型获取动态模型，结合分层控制结构，实现约束下的高效控制。
2017-07-12 cs.SY eess.SY
Stabilization and Trajectory Control of a Quadrotor with Uncertain Suspended Load
Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）；National Renewable Energy Laboratory（国家可再生能源实验室）
本文研究四旋翼搭载不确定悬挂负载时的稳定与轨迹控制问题，通过比较三种控制器性能，发现负载质量不确定性主要影响稳定而非轨迹跟踪，提出关键运动质量概念并验证鲁棒控制器的有效性。
2016-12-13 cs.RO cs.SY eess.SY
Adaptive Sliding Mode Controller and Observer for Altitude and Attitude Control of a Quadrotor
本文提出一种基于Lyapunov稳定性原理的四旋翼飞行器自适应滑模控制方法，通过结合姿态稳定、质量估计与全状态观测，有效克服干扰与不确定性，实现轨迹跟踪。
2023-08-01 cs.SY eess.SP eess.SY
Efficient and Robust Time-Optimal Trajectory Planning and Control for Agile Quadrotor Flight
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Beijing Institute of Technology Chongqing Innovation Center（北京理工大学重庆创新中心）；Tongji University（同济大学）
针对敏捷四旋翼时间最优轨迹规划计算慢、跟踪易受扰动的问题，提出固定航点节点+区间独立采样的快速规划方法，结合时间自适应模型预测控制提升跟踪鲁棒性，并通过仿真和动态航点实验验证了性能。
2023-05-04 cs.RO cs.SY eess.SY
Nonlinear Controller Design for a Quadrotor with Inverted Pendulum
Caltech（加州理工学院）
本文针对四旋翼搭载球形倒立摆的欠驱动非线性系统，提出基于反馈线性化和CLF-QP的控制器，并验证了仅四旋翼及组合系统两种情形下的轨迹跟踪能力。
2023-08-04 cs.AI cs.RO cs.SY
Adaptive Attitude Control for Foldable Quadrotors
School of Manufacturing Systems and Networks, Ira A. Fulton Schools of Engineering, Arizona State University（亚利桑那州立大学艾拉·A·富尔顿工程学院制造系统与网络学院）
本文针对可折叠四旋翼在构型切换时跟踪性能有限的问题，提出基于切换系统理论的分析框架及形态感知自适应控制器，并结合轨迹规划满足切换稳定性要求，仿真验证了该控制与规划框架的有效性。
2022-12-30 cs.RO cs.SY eess.SY
Aggressiveness-Aware Learning-based Control of Quadrotor UAVs with Safety Guarantees
Centre for Automation and Robotics (CSIC-UPM)（自动化与机器人中心（CSIC-UPM））；Vanderbilt University（范德堡大学）；Universidad de San Andrés (UdeSA)（圣安德烈斯大学）；CONICET（阿根廷国家科学研究委员会）
本文提出了一种基于学习的攻击性意识控制框架，用于四旋翼无人机，通过整合 oracle 来减轻未知扰动，实现更安全和更稳健的飞行控制。
2026-02-25 cs.SY eess.SY math.OC
Non-cascaded Control Barrier Functions for the Safe Control of Quadrotors
近年来，研究人员开发了各种级联控制器和非级联控制器用于四旋翼飞行器的导航和控制。如果控制器容易使四旋翼飞行器不安全，那么无论是在正常状态还是在异常状态下，确保四旋翼飞行器的安全都是至关重要的。为此，本文提出了一种非级联控制障碍函数（CBF）的四旋翼控制器的级联或非级联控制器。结合二次规划（QP），非级联CBF可以同时调节控制器确定的四旋翼总推力和转矩的大小，从而保证四旋翼在正常和异常状态下的安全性。非级联CBF建立了一个非保守的前向不变安全域，在该安全域中，四旋翼的控制器在四旋翼的导航或姿态控制中是完全或部分有效的。将非级联CBF应用于执行轨迹跟踪的四旋翼飞行器和执行攻击性滚转机动的四旋翼飞行器的仿真中，以评估非级联CBF的有效性。
2022-07-25 cs.SY eess.SY
Real-Time Linear MPC for Quadrotors on SE(3): An Analytical Koopman-based Realization
本文提出KQ-LMPC，利用解析Koopman可观测量构建四旋翼动力学的LPV表示，实现实时线性MPC，在降低计算负担的同时达到与NMPC相当的跟踪性能，并经实验验证。
2025-10-17 cs.SY eess.SY
Geometric Control for Load Transportation with Quadrotor UAVs by Elastic Cables
无人驾驶飞行器（UAV）组越来越多地用于运输任务，因为组合强度允许增加最大有效载荷。然而，由此产生的无人机的机械耦合在跟踪控制方面提出了新的挑战。因此，我们设计了一个几何轨迹跟踪控制器的四旋翼无人机携带和运输的刚体，这是通过不可弯曲的弹性电缆连接到四旋翼的合作任务。电缆的弹性与奇异扰动技术一起允许在模型中减少到具有非弹性电缆的类似模型。在这个降阶模型中，我们设计了一个控制器，使得负载的位置和姿态指数收敛到给定的期望轨迹。然后我们表明，在某些假设下，该结果会导致原始弹性模型的一致收敛跟踪误差。此外，在系统存在非结构化扰动的情况下，我们证明了误差最终有界，且有一个任意小的界。最后，通过仿真验证了理论结果.
2021-11-01 cs.SY eess.SY math.OC
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
Continuous-Time Control Synthesis for Multiple Quadrotors under Signal Temporal Logic Specifications
University of Waterloo（滑铁卢大学）；Shenzhen Technology University（深圳技术大学）
本文提出双阶段框架，基于几何控制进行Lyapunov分析并设计多维增益，结合混合整数凸优化生成满足多智能体STL任务的轨迹，提升系统鲁棒性和暂态性能。
2026-03-30 cs.MA cs.SY eess.SY
DATT: Deep Adaptive Trajectory Tracking for Quadrotor Control
University of Washington（华盛顿大学）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
针对四旋翼轨迹跟踪受未知非线性动力学、轨迹不可行性及扰动影响的难题，提出基于学习的DATT方法，结合仿真训练的前馈-反馈-自适应结构与L1自适应扰动估计器，无需微调即可在真实场景实现高精度跟踪，性能优于主流基线且推理速度更快。
2023-12-13 cs.AI cs.RO cs.SY
Constrained Reinforcement Learning using Distributional Representation for Trustworthy Quadrotor UAV Tracking Control
针对四旋翼无人机空气动力学扰动难精确辨识的问题，提出结合约束分布强化扰动估计器ConsDRED与SMPC的可解释跟踪框架，理论保证收敛性，实验验证其超参数敏感度低、跟踪误差较现有技术降低至少70%，平衡性能与约束满足。
2024-07-15 cs.AI cs.RO cs.SY
Physics-Inspired Temporal Learning of Quadrotor Dynamics for Accurate Model Predictive Trajectory Tracking
New York University（纽约大学）
精确建模四旋翼的系统动力学对于保证敏捷、安全和稳定的导航至关重要。该模型需要捕捉多个飞行状态和操作条件下的系统行为，包括那些产生高度非线性效应的行为，如气动力和扭矩、旋翼相互作用或可能的系统配置修改。传统的方法依赖于手工制作的模型，并且难以概括和扩展以捕捉这些效果。在本文中，我们提出了一种新的物理启发的时间卷积网络（PI-TCN）的方法来学习四旋翼的系统动力学纯粹从机器人的经验。我们的方法结合了稀疏时间卷积和密集前馈连接的表达能力，以做出准确的系统预测。此外，在训练过程中嵌入了物理约束，以促进网络对训练分布之外的数据的泛化能力。最后，我们设计了一个模型预测控制方法，它结合了学习动态准确的闭环轨迹跟踪充分利用学习模型预测在滚动时域的方式。实验结果表明，我们的方法准确地提取四旋翼的动力学结构的数据，捕捉效果，将保持隐藏的经典方法。据我们所知，这是第一次将物理启发的深度学习成功应用于时间卷积网络和系统辨识任务，同时实现预测控制。
2022-10-07 cs.AI cs.LG cs.RO
Deep Neural Networks for Improved, Impromptu Trajectory Tracking of Quadrotors
本文提出基于深度神经网络的算法，通过提供定制参考输入提升经典反馈控制器的轨迹跟踪性能，实验表明该方法能有效减少跟踪误差，适用于实时轨迹跟踪应用。
2017-07-20 cs.LG cs.NE cs.RO
Geometric Control of two Quadrotors Carrying a Rigid Rod with Elastic Cables
针对两个四旋翼无人机（UAV）携带和运输刚性杆的协同任务，设计了一种几何轨迹跟踪控制器。电缆的弹性与奇异扰动技术一起允许在模型中减少到具有非弹性电缆的类似模型。在这个降阶模型中，我们设计了一个控制器，使得在对初始误差的一些假设下，控制棒指数地跟踪其位置和姿态的给定期望轨迹。然后，我们表明，指数跟踪在降阶模型对应于指数跟踪的原始弹性模型。我们还表明，以前定义的控制方案提供了统一的最终有界性的存在下，非结构化的有界干扰。
2021-04-13 cs.SY eess.SY math-ph
Why Change Your Controller When You Can Change Your Planner: Drag-Aware Trajectory Generation for Quadrotor Systems
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
针对四旋翼载荷投递中的气动阻力问题，提出在固定控制器下调整轨迹生成组件的阻力感知规划方法，通过引入并从仿真数据中学习跟踪代价函数作为正则化项，使跟踪误差最多降低83%并避免控制器饱和。
2024-01-10 cs.LG cs.RO cs.SY
Distributed Optimal Formation Control for an Uncertain Multiagent System in the Plane
针对定位误差下的四旋翼编队跟踪问题，提出了一种分布式最优多智能体控制方案。我们的控制架构是基于领导者-追随者的方法，其中一个领导者四旋翼跟踪所需的轨迹，而追随者保持其相对位置在一个三角形的形成。我们首先将四旋翼建模为在具有不确定状态信息的动态下在YZ平面中演变的粒子。接下来，通过将编队跟踪任务制定为一个优化问题-具有约束增强的拉格朗日动态约束-我们求解控制律，该控制律导致控制和轨迹误差成本最小化意义上的最优解。数值模拟的结果表明，对于考虑的平面四旋翼模型-在传感器测量建模为高斯噪声的不确定性-由此产生的最优控制能够驱动每个代理实现所需的全局目标：领导者轨迹跟踪与编队维护。最后，我们使用多智能体系统的跟踪和形成误差来评估控制律的性能。
2023-01-28 cs.MA cs.SY eess.SY
Autonomous Control of a Quadrotor-Manipulator; Application of Extended State Disturbance Observer
King Fahd University of Petroleum and Minerals（法赫德石油和矿产大学）
在这项工作中，自主控制的四旋翼机械手无人机处理使用扩展的动力学模型。由于持续的气动干扰和动态耦合，四旋翼机械手单元的控制是繁琐的。主动扰动抑制控制（ADRC）被提出用于消除不期望的动态，而PD控制器被开发用于设定点跟踪。在Simulink设计优化中，采用梯度下降-序列二次规划法进行参数整定
2019-10-20 cs.RO cs.SY eess.SY
Reinforcement Learning Based Prediction of PID Controller Gains for Quadrotor UAVs
本文提出基于DDPG强化学习的四旋翼PID控制器增益在线微调方法，通过离线训练与仿真实验验证，相比手动调谐显著减小姿态误差并提升轨迹跟踪性能。
2025-02-06 cs.RO cs.SY eess.SY
Design Optimal Backstepping Controller for Quadrotor Based on Lyapunov Theory for Disturbances Environments
本文针对扰动环境下的十字型四旋翼飞行器，提出基于Lyapunov理论和LaSalle原理的非线性反步控制器，并通过MATLAB仿真与传统PID对比，验证了其在轨迹跟踪中的稳定性和有效性。
2025-03-10 cs.SY eess.SY
A Unidirectionally Connected FAS Approach for 6-DOF Quadrotor Control
Guangdong Provincial Key Laboratory of Fully Actuated System Control Theory and Technology（广东省全驱动系统控制理论与技术重点实验室）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Center for Control Theory and Guidance Technology（控制理论与导航技术中心）；Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）
本文提出一种单向连接全驱动系统（UC-FAS）方法，将欠驱动四旋翼动力学统一转换为UC-FAS模型，消除控制输入高阶导数估计，实现六自由度精确跟踪控制，为非线性四旋翼控制提供标准化范式。
2025-10-14 cs.RO cs.SY eess.SY
