基于能耗优化的四旋翼无人机航迹规划:分段式高斯伪谱法

作     者：欧阳权 徐罗旻 杨继阳 薛雅丽 丛玉华 吕建威 OUYANG Quan;XU Luomin;YANG Jiyang;XUE Yali;CONG Yuhua;LYU Jianwei

作者机构：南京航空航天大学自动化学院南京210000 北京控制与电子技术研究所北京100000 

出 版 物：《电光与控制》 (Electronics Optics & Control)

年 卷 期：2025年第32卷第1期

页      面：1-7页

学科分类：081203[工学-计算机应用技术] 08[工学] 0835[工学-软件工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(61473144) 上海航天科技创新基金(SAST2022-013) 

主　　题：四旋翼无人机 能耗优化 航迹规划 分段式高斯伪谱法 

摘      要：在四旋翼无人机航迹规划中引入能耗优化策略以延长其飞行时间,能够显著提升其实用性和经济性。为此,提出了一种基于分段式高斯伪谱法的能耗最优航迹规划算法。首先,构建了四旋翼无人机运动学-能耗综合模型,能定量描述无人机运动学及能耗间耦合关系;其次,基于此模型,将考虑能耗优化的航迹规划问题转化为带约束的连续时间优化问题;最后,设计了分段式高斯伪谱法求解出优化航迹,其中通过滑动选取优化子区间的方法,在航点数量较多的复杂飞行任务中有效缩短了计算时间,同时提升了轨迹的平滑性和航点跟踪准确性。仿真和实验结果表明,与传统定航点飞行相比,所提算法能大幅降低飞行能耗,与常用优化算法相比,所提算法在保证能耗优化效果的同时,所需计算时间更短,航点跟踪精度更高。