四旋翼无人机路径跟踪的模型预测控制(MPC)实现及优化

内容概要：本文详细介绍了基于状态空间模型预测控制（MPC）的四旋翼无人机路径跟踪实现方法。首先，通过建立四旋翼的动力学模型，包括位置、姿态、线速度和角速度等12个状态变量以及4个控制输入（电机推力）。然后，为了降低计算复杂度，在悬停点附近进行线性化处理，利用MATLAB的MPC工具箱配置线性MPC控制器，并设置了各种物理约束条件如电机推力范围、速度限制等。对于复杂的高机动任务，则采用了非线性MPC，通过实时迭代方式在线性化当前状态并求解最优控制序列。此外，还讨论了如何通过调整预测时域、控制时域、权重矩阵等参数来提高控制性能，并分享了一些实战经验和技巧，如加入滞后补偿模块应对GPS信号延迟等问题。 适合人群：从事无人机控制系统研究与开发的技术人员，特别是对模型预测控制感兴趣的科研工作者。 使用场景及目标：适用于希望深入了解四旋翼无人机路径跟踪控制机制的研究者和技术开发者。目标是掌握如何运用MPC技术实现高效稳定的路径跟踪，同时了解线性与非线性MPC之间的区别及其应用场景。 其他说明：文中提供了大量MATLAB代码片段作为实例，帮助读者更好地理解和实践相关概念。同时强调了实际应用中的注意事项，如计算资源管理、硬件选型等。