論文の概要: Actuator-Aware Observer Inputs for Cascade ADRC of Quadrotors Under Rotor Lag, Measurement Delay and Sensor Noise

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.39126v2
• Date: Fri, 30 Oct 2026 04:50:35 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-11-02 22:05:31.413496
• Title: Actuator-Aware Observer Inputs for Cascade ADRC of Quadrotors Under Rotor Lag, Measurement Delay and Sensor Noise
• Title（参考訳）: 回転子ラグ下の擬似回転子のカスケードADRCに対するアクチュエータ対応オブザーバ入力, 測定遅延, センサノイズ
• Abstract要約: 本稿では,アクチュエータ・アウェア(AA)オブザーバ入力を提案する。 高度と姿勢のオブザーバーは、仮定ローターモデルによってフィルタリングされた限定的な仮想入力を使用する。 固定利得は離散時間モデルで選択される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.6484094293907443
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In sampled cascade linear active disturbance rejection control (LADRC) of quadrotors, the extended-state observer typically receives the instantaneous command, although the delayed measurement reflects an earlier, rotor-filtered acceleration. This paper proposes actuator-aware (AA) observer inputs: altitude and attitude observers use limited virtual inputs filtered by an assumed rotor model and aligned with the measurement delay, and horizontal observers use acceleration reconstructed from measured attitude. Fixed gains are selected on the discrete-time model under sensitivity and step-response requirements and stationary covariance ceilings on each channel's control variance and increment and on the noise-induced inner-loop increment of the full cascade. In paired set-point trials, PID-Budget, AA-Budget and AA-HalfGain reach mean RMSEs of 65.5, 19.2 and 16.9~mm; under a stricter common cascade ceiling, the AA designs reach 29.9 and 26.4~mm versus 72.3~mm for a PID that uses roughly double their rotor-command increment. PX4 software-in-the-loop runs reproduce these results. Behind EKF2, a noise model fitted to the estimation errors predicts the roll/pitch and yaw increments within 5\% on held-out and out-of-sample runs and the total rotor-command increment within 14\%. The controllers were then redesigned for this stack under the same sensitivity and response specification and estimator-aware ceilings. AA-Budget-E reduces the set-point RMSE from 59.1~mm (PID-E) to 44.0~mm with a lower rotor-command increment in every paired set-point and lemniscate run (mean S6 reduction: 45\% before and 15\% after output quantization); AA-HalfGain-E beats PID-E only on the lemniscate. These results indicate that the observer input and the outer-to-inner noise path are design variables of sampled cascade LADRC. The evidence is simulation-based, and the ceilings are nominal tuning constraints.
• Abstract（参考訳）: 四重項の標本化カスケード線形能動外乱除去制御(LADRC)では、拡張状態オブザーバーは典型的には即時命令を受けるが、遅延測定は以前のローターフィルタによる加速度を反映する。 本稿では,推定ロータモデルによりフィルタリングされた限られた仮想入力を用いて測定遅延に適合し,水平オブザーバは測定姿勢から再構成された加速度を使用する,アクチュエータ・オブザーバ・インプット(AA)インプットを提案する。 固定利得は、各チャネルの制御分散およびインクリメントに対する感度およびステップ応答要求下での離散時間モデルと定常共分散天井と、フルカスケードのノイズ誘起インナーループインクリメントに基づいて選択される。 PID-Budget、AA-Budget、AA-HalfGainは65.5、19.2、および16.9~mmのRMSEであり、より厳密な一般的なカスケード天井の下では、AA設計は、約2倍のローター・コンマンド・インクリメントを使用するPIDに対して29.9と26.4〜mmに達する。 PX4ソフトウェア・イン・ザ・ループはこれらの結果を再現する。 EKF2の裏では、推定誤差に適合したノイズモデルにより、ホールドアウトおよびアウト・オブ・サンプルランにおけるロール・ピッチおよびヨーインクリメントが5倍、トータルロータ・コンマンドインクリメントが14倍に予測される。 コントローラは、同じ感度と応答仕様と推定器対応の天井の下で、このスタック用に再設計された。 AA-Budget-Eは、セットポイントRMSEを59.1〜mm(PID-E)から44.0〜mmに減らし、ペア化されたセットポイント毎のローターコマンドインクリメントとレムニスケートラン(平均S6還元:45\%、出力量子化後15\%)、AA-HalfGain-Eはレムニスケート上でのみPID-Eを叩く。 これらの結果から,観測者の入力と外から外へのノイズ経路は,サンプルカスケードLADRCの設計変数であることが示唆された。 証拠はシミュレーションに基づいており、天井は名目上のチューニング制約である。

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