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A Nonlinear Optimal Control Approach for the Vertical Take-off and Landing Aircraft

Guidance, Navigation and Control 2021年第3期1卷 24-51页

作者： G.Rigatos Unit of Industrial Automation Industrial Systems Institute26504Rion PatrasGreece

The paper proposes a nonlinear optimal control approach for the model of the vertical take off and landing(VTOL)*** aerial drone receives as control input a directed thrust,as well as forces acting on its wing *** latter forces are not perpendicular to the body axis of the drone but are tilted by a small *** dynamic model of the VTOL undergoes ap-proximate linearization with the use of Taylor series expansion around a temporary operating point which is recomputed at each iteration of the control *** the approximately linearized model,an H-infinity feedback controller is *** linearization procedure relies on the computation of the Jacobian matrices of the state-space model of the VTOL *** proposed control method stands for the solution of the optimal control problem for the nonlinear and multivariable dynamics of the aerial drone,under model uncertainties and external *** the computation of the contollr's feedback gains,an algebraic Riccati equation is solved at each time-step of the control *** new nonlinear optimal control approach achieves fast and accurate tracking for all state variables of the VTOL aircnaft,under moderate variations of the control *** stability properties of the control scheme are proven through Lyapunov analysis.

关键词： Vertical take off and landing(VTOL)aircraft unmanned aerial vehicles nonlinear H-infinity control nonlinear optimal control differential flatnes properties robust control global stability

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