基于LSTM-MPC的四旋翼无人机不平衡负载姿态控制
方应才1
张东升2
1.山东交通学院工程机械学院,山东 济南 2503572.山东交通学院工程机械学院,山东 济南 250357;山东省交通建设装备与智能控制工程实验室,山东 济南 250357
摘要：为解决四旋翼无人机姿态控制中不平衡负载及控制系统非线性问题,采用长短期记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络与模型预测控制(model predictive control,MPC)优势互补方法,提出LSTM-MPC策略.通过LSTM神经网络预测姿态变化,增强无人机姿态控制系统对误差的预判能力;将MPC作为前馈控制,动态优化控制输入,二者结合显著提高系统控制精度.采用MATLAB对四旋翼无人机不平衡负载姿态控制进行仿真试验,仿真结果表明:采用LSTM-MPC策略对四旋翼无人机滚转角、俯仰角和偏航角期望值跟踪效果的均方根误差比采用 MPC 策略分别减小 13.33%、12.31%和 11.11%,比采用模糊比例-积分-微分(proportional-integral-derivative,PID)策略分别减小 14.05%、25.33%、23.81%.采用某品牌 F450 四旋翼无人机平台搭载0.6 kg负载开展不平衡负载姿态控制飞行测试,测试结果表明:采用LSTM-MPC策略的四旋翼无人机滚转角、俯仰角和偏航角实际输出结果与期望值的平均误差分别为 3.91%、5.31%和 1.10%,表明LSTM-MPC策略能有效提高四旋翼无人机不平衡负载姿态控制的飞行稳定性.
关键词：四旋翼无人机LSTM神经网络MPC不平衡负载姿态控制
分类号：U8(交通运输)V249(航空仪表、航空设备、飞行控制与导航)
资助基金：国家自然科学基金(52405501)
论文发表日期：2025-05-30
在线出版日期：2026-05-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：8( 86-93 )
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