DQ-MPCC: クアッドロータレーシングのための双四元数モデル予測輪郭制御

- クアッドロータのレース向けに、Dual-Quaternion Model Predictive Contouring Control (DQ-MPCC) を提案する研究。 - 姿勢を unit dual quaternion で表し、contouring error を dual quaternion manifold の接空間に射影し、desired body frame で表現する。 - 従来の MPCC と同じ rigid-body dynamics を、body frame の unified pose-twist coordinates で扱う。 - 8ゲート、11x4.5x3.65 m のコースで、シミュレーションと実機レースの両方で検証している。

- 従来のクアッドロータ MPCC は、予測モデルを inertial coordinates で、姿勢誤差を body frame で記述していた。 - DQ-MPCC は pose を unit dual quaternion とし、contouring error を dual quaternion manifold の接空間に射影して desired body frame で表現する点が異なる。 - 同じゲインでシミュレーションと実機を比較し、DQ-MPCC は完了飛行の全ゲート通過を規定の geometric margin 内に収めるが、baseline は超える。 - median worst-gate offset は sim-to-real で baseline が 71.5% 増加するのに対し、DQ-MPCC は 10.1% 減少する。 - 全シミュレーションゲート通過を geometric margin 内に保つ構成の中で、DQ-MPCC は minimum lap time を 6.7% 短縮し、実機では 10.5% 短縮する。

- pose を unit dual quaternion で表現する。 - contouring error を dual quaternion manifold の tangent space に射影し、desired body frame で表現する。 - 従来モデルと同じ rigid-body dynamics を、body frame の unified pose-twist coordinates で記述する。 - これにより姿勢と並進を統一的に扱う MPCC を構成する。 - オンボードで 100 Hz で動作する。

- Monte Carlo software-in-the-loop simulations を実施する。 - 8ゲート、11x4.5x3.65 m の実機レースコースで検証する。 - シミュレーションとハードウェアで同じゲインを用いて baseline MPCC と比較する。 - 完了飛行の全ゲート通過が規定の geometric margin 内か、median worst-gate offset、minimum lap time を評価する。

- DQ-MPCC は完了飛行の全ゲート通過を geometric margin 内に保つが、baseline は超える。 - median worst-gate offset は sim-to-real で baseline が 71.5% 増加、DQ-MPCC は 10.1% 減少する。 - 全シミュレーションゲート通過を geometric margin 内に保つ構成の中で、DQ-MPCC は minimum lap time を 6.7% 短縮、実機で 10.5% 短縮する。 - オンボード 100 Hz で動作する。 - その他の議論や限界は要旨からは不明。

- 要旨で参照/比較されている baseline MPCC に関する研究。 - クアッドロータレース向けの conventional quadrotor MPCC の定番研究。 - dual quaternion を用いた制御・MPC の関連研究。 - Model Predictive Contouring Control (MPCC) の一般文献。