Energiebasierte Lage- und Positionsfolgeregelung für einen Quadrocopter:
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München
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1 EINLEITUNG 1
1.1 ZIELSETZUNG DER ARBEIT 3
1.2 ENERGIEBASIERTE REGELUNG 6
1.3 FAST GLOBAL ASYMPTOTISCHE STABILITAET 9
1.4 BEITRAG DER ARBEIT 11
1.5 AUFBAU DER ARBEIT 14
2 DER QUADROCOPTER 17
2.1 DYNAMISCHES MODELL DES QUADROCOPTERS 18
2.1.1 VERWENDETE SCHREIBWEISEN UND KOORDINATENSYSTEME 19
2.1.2 STATISCHES ANTRIEBSMODELL 22
2.1.3 STARRKOERPERGLEICHUNGEN 25
2.2 BESTEHENDE REGELUNGSKONZEPTE 27
2.2.1 LAGEREGELUNG 27
2.2.1.1 DER KONFIGURATIONSRAUM 50(3) UND DIE PROBLEMATIK AL
TERNATIVER LAGEPARAMETRIERUNGEN 27
2.2.1.2 LAGEREGELUNG AM QUADROCOPTER 29
2.2.1.3 LAGEREGELUNGSKONZEPTE MIT BESONDEREM BEZUG ZUR ARBEIT 32
2.2.2 POSITIONSREGELUNG 33
3 REDUZIERTE LAGEREGELUNG - REGELUNG DER SCHUBRICHTUNG 37
3.1 FOLGEDYNAMIK UND REGELZIEL 38
3.2 FESTWERTREGELUNG - BIN SCHNELLER UND SAETTIGENDER ANSATZ 40
3.2.1 ENTWURF DER POTENTIALFUNKTION 42
3.2.2 ENTWURF DER DAEMPFUNGSSTRATEGIE 46
3.2.3 STABILITAETSEIGENSCHAFTEN DER RUHELAGEN 55
3.2.3.1 LOKALE STABILITAETSEIGENSCHAFTEN 59
3.2.3.2 GLOBALE STABILITAETSEIGENSCHAFTEN 62
3.3 ERWEITERUNG ZUR FOLGEREGELUNG 64
3.4 SIMULATIONSERGEBNISSE 66
4 VOLLSTAENDIGE LAGEREGELUNG MIT PRIORISIERUNG DER SCHUBRICHTUNG 77
4.1 FOLGEDYNAMIK UND REGELZIEL 78
4.2 ZERLEGUNG UND ALTERNATIVE DARSTELLUNG DES LAGEFEHLERS 80
4.3 FESTWERTREGELUNG - EIN SCHNELLER UND SAETTIGENDER ANSATZ 85
4.3.1 ENTWURF DER POTENTIALFUNKTION 87
4.3.2 ENTWURF DER DAEMPFUNGSSTRATEGIE 91
IX
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INHALTSVERZEICHNIS
4.3.3 STABILITAETSEIGENSCHAFTEN DER RUHELAGEN 96
4.3.3.1 LOKALE STABILITAETSEIGENSCHAFTEN 97
4.3.3.2 GLOBALE STABILITAETSEIGENSCHAFTEN 104
4.4 ERWEITERUNG ZUR FOLGEREGELUNG 108
4.5 SIMULATIONSERGEBNISSE 109
5 KASKADIERTE TRAJEKTORIENFOLGEREGELUNG FUER DIE POSITION UND DAS HEADING
119
5.1 SPEZIFIKATION DES HEADINGKOMMANDOS 123
5.2 DIE FOLGEFEHLERDYNAMIK - EIN KASKADIERTES SYSTEM 125
5.3 EIN STABILITAETSKRITERIUM FUER EINE KLASSE NICHTAUTONOMER,
NICHTLINEARER
KASKADIERTER SYSTEME 131
5.4 ENTWURF DER POSITIONSREGELUNG 137
5.4.1 ENTWURF DER POTENTIALFUNKTION 139
5.4.2 ENTWURF DER DAEMPFUNGSSTRATEGIE 141
5.4.3 STABILITAETSEIGENSCHAFTEN DER RUHELAGE 143
5.5 ENTWURF DES SCHUBGESETZES 144
5.6 FLUGVERSUCHE 147
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 159
A ANHANG 163
A.L FORMALER NACHWEIS DER EIGENSCHAFT E
V
= 0 UNTER DER ANNAHME 3.2 163
A.2 BESTIMMUNG DER SCHALTLINIE S
V
{ P) 164
A.3 DARSTELLUNG DER DREHRATENKOMPONENTE IN ABHAENGIGKEIT VON
Z
^
B
UND
WSS
B
165
A.4 BERECHNUNGSVORSCHRIFTEN FUER
XJJ
UND X^/ 169
SYMBOLVERZEICHNIS 171
LITERATURVERZEICHNIS 181
X
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