eVTOL 무인기의 칼만필터 각가속도 추정 기반 증분식 비선형 동적 역변환 자세 제어기 설계 및 비행시험

Q: 이 논문에서 정의한 INDI(증분식 비선형 동적 역변환)란 무엇인가?

시스템 모델의 불확실성을 극복하고 외란에 강건한 제어를 수행하기 위해 제안된 제어 기법이다. 특히 eVTOL UAV의 자세 제어 시스템에서 시변하는 각속도 명령을 강건하게 추종하도록 설계되어 기존 PID 제어기보다 향상된 제어 성능을 제공하는 것이 특징이다.

Q: 칼만 필터 기반의 INDI 제어기가 eVTOL UAV의 제어 성능에 어떤 영향을 미치는가?

연구 결과, 칼만 필터를 통해 각가속도의 노이즈와 딜레이를 효과적으로 제거함으로써 PID 제어기 대비 롤과 피치 축의 각도 및 각속도 RMSE를 유의미하게 감소시켰다. 따라서 외란 환경에서도 명령값을 더욱 강건하게 추종할 수 있음을 입증하였다.

박성현; 양예찬; 조재석; 김승균; 석진영

doi:10.5302/J.ICROS.2025.25.0177

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자료유형: 학술저널

저자정보: 박성현 (충남대학교) 양예찬 (충남대학교) 조재석 (충남대학교) 김승균 (충남대학교) 석진영 (충남대학교)

저널정보: 제어로봇시스템학회 제어로봇시스템학회 논문지 제어로봇시스템학회 논문지 제31권 제9호

발행연도: 2025.9

수록면: 963 - 971 (9page)

DOI: 10.5302/J.ICROS.2025.25.0177

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In this study, an incremental nonlinear dynamic inversion (INDI) control method was applied to the attitude control loop of an electric vertical takeoff and landing (eVTOL) aircraft to ensure stable and robust flight performance under various disturbance conditions. The INDI controller reduces system dependency on accurate system models and utilizes real-time sensor feedback to enhance disturbance rejection and robustness. A Kalman filter is used to estimate angular acceleration in real time, enabling the effective implementation of the INDI control law. The designed controller was integrated into the flight control computer of a lift-cruise-type eVTOL aircraft and flight tests were conducted under wind disturbance conditions with wind velocities of 3 to 5 m/s. The results demonstrate that the proposed INDI controller outperforms a conventional PID controller in terms of attitude stability and disturbance rejection capability.

#INDI (Incremental Nonlinear Dynamic Inversion) #Kalman filter #eVTOL (electric Vertical Take-Off and Landing) #flight test

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