Cascaded Nonlinear MPC for Realtime Quadrotor Position Tracking

Schlagenhauf, Jonas; Hofmeier, Peter; Bronnenmeyer, Thilo; Paelinck, Reinhart; Diehl, Moritz

doi:10.1016/j.ifacol.2020.12.444

Cited by 10 publications

(8 citation statements)

References 13 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Питання керування безпілотними літальними апаратами часто розглядається дослідниками. Робіт і досліджень багато [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16]. У роботах автори розглядають методи основані на лінійні квадратичні регуляторах, пропорційно-інтегральних похідних, регуляторах з ковзним режимом та ін.…”

Section: вступunclassified

Огляд Методів Керування Безпілотними Літальними Апаратами

Ivanenko¹,

Liashenko²,

Filimonchuk³

2023

CNCS

View full text Add to dashboard Cite

Актуальність. Протягом останніх десятиліть зі стрімким розвитком комп'ютерних технологій та технологій автоматичного управління, дослідження безпілотних літальних апаратів (БПЛА) привернули до себе велику увагу з усього світу. Зокрема, через попит на різні цивільні застосування, концептуальний дизайн БПЛА і технології автономного управління польотами взаємно просуваються і розвиваються. Метою даної роботи є структурування методів керування безпілотними літальними апаратами та дослідження їх принципів роботи. Об’єктом дослідження є процес керування БПЛА, архітектура та програмне забезпечення цих апаратів. Предметом дослідження є методи керування безпілотними літальними апаратами. Результати. У даній роботі проведено аналіз питань керування БПЛА, включаючи математичну модель квадрокоптера та різні підходи до керування. Проілюстровано та обговорено основні ідеї, умови використання, переваги та недоліки цих методів. Розглядаються майбутні напрямки досліджень в цій галузі. Висновок. Визначені методи керування та їх архітектурні складові планується використовувати при розробці дрона для цивільних потреб та подальших досліджень у цій сфері.

show abstract

Section: вступunclassified

Огляд Методів Керування Безпілотними Літальними Апаратами

Ivanenko¹,

Liashenko²,

Filimonchuk³

2023

CNCS

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…This control technique utilizes DC motor input signals, onboard sensors, and no initial conditions. In [20], the authors presented a cascaded linear MPC (LMPC) for the position and attitude control of the quadrotor. The advantage of the cascaded technique is that the desired attitude angle and thrust can directly be limited within an acceptable range.…”

Section: Model Predictive Control (Mpc)mentioning

confidence: 99%

A Survey of Control Methods for Quadrotor UAV

Maaruf

Mahmoud

Ma’arif

2022

IJRCS

View full text Add to dashboard Cite

Flight control design of unmanned aerial vehicles UAVs is becoming increasingly important due to advances in computational power of computers with lower cost. The control algorithms are mainly employed for the attitude and position control of the UAVs. In the past decades, quadrotors have become the most popular UAVs, their adaptability and small size. They are employed to carry out tasks such as delivery, exploration, fumigation, mapping, surveillance, rescue mission, traffic monitoring, and so on. While carrying out these tasks, quadrotor UAVs face various challenges, such as environmental disturbances, obstacles, and parametric and non-parametric perturbations. Therefore, they require robust and effective control to stabilize them and enhance their performance. This paper provides a survey of recent developments in control algorithms applied to attitude and position loops of quadrotor UAVs. In addition, the limitations of the previous control approaches are presented. In order to overcome the relative drawbacks of the previous control techniques and enhance the performance of the quadrotor, researchers are combining various control approaches to obtain the hybrid control architecture. In this study, a review of the recent hybrid control schemes is presented.

show abstract

“…In this letter, a cascaded MPC (CMPC) approach is considered where the single controller from [5] is split into separate independent outer-loop and inner-loop MPC algorithms. CMPC has been used to effectively control multi-timescale systems, such as in [6] where cascaded nonlinear MPC (NMPC) is demonstrated on a quadrotor, and in [7] where a linear CMPC structure is applied to a power system. Here, the CMPC strategy provides a method of effectively handling the multi-timescale nonlinear dynamics of the tandem-rotor helicopter in a less computationally demanding way than the SMPC structure of [5] and the NMPC structure of [6].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…CMPC has been used to effectively control multi-timescale systems, such as in [6] where cascaded nonlinear MPC (NMPC) is demonstrated on a quadrotor, and in [7] where a linear CMPC structure is applied to a power system. Here, the CMPC strategy provides a method of effectively handling the multi-timescale nonlinear dynamics of the tandem-rotor helicopter in a less computationally demanding way than the SMPC structure of [5] and the NMPC structure of [6]. Unlike [7], which deals with linear time-invariant (LTI) dynamics, this approach is applied to linearized dynamics that are linear time-varying (LTV).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…The novel contribution of this letter is the synthesis of a multi-rate CMPC structure, for nonlinear UAV control, where the outer-loop dynamics are linearized about a reference trajectory, and the inner-loop dynamics are continuously linearized about the outputs of the outer-loop controller. The resulting formulation is less computationally complex than the SMPC structure of [5] and the NMPC structure of [6], while still providing good tracking performance.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Cascaded Model Predictive Control of a Tandem-Rotor Helicopter

Ahmed

Sobiesiak

Forbes

2023

IEEE Control Syst. Lett.

View full text Add to dashboard Cite

This letter considers cascaded model predictive control (MPC) as a computationally lightweight method for controlling a tandem-rotor helicopter. A traditional single MPC structure is split into separate outer and innerloops. The outer-loop MPC uses an SE 2 (3) error to linearize the translational dynamics about a reference trajectory. The inner-loop MPC uses the optimal angular velocity sequence of the outer-loop MPC to linearize the rotational dynamics. The outer-loop MPC is run at a slower rate than the inner-loop allowing for longer prediction time and improved performance. Monte-Carlo simulations demonstrate robustness to model uncertainty and environmental disturbances. The proposed control structure is benchmarked against a single MPC algorithm where it shows significant improvements in position and velocity tracking while using significantly less computational resources.

show abstract

Cascaded Nonlinear MPC for Realtime Quadrotor Position Tracking

Cited by 10 publications

References 13 publications

Огляд Методів Керування Безпілотними Літальними Апаратами

Огляд Методів Керування Безпілотними Літальними Апаратами

A Survey of Control Methods for Quadrotor UAV

Cascaded Model Predictive Control of a Tandem-Rotor Helicopter

Contact Info

Product

Resources

About