본 연구는 비선형 모델 예측 제어(NMPC)를 사용하여 쿼드로터 마이크로 무인항공기의 추종 제어를 조사하며, 특히 실시간 임베디드 제어 시스템의 구현에 1차적 초점을 둔다. 제한된 메모리 크기 외에도, 자원이 제한된 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)에서의 제한된 프로세서 속도는 중요한 과제 중 하나이다. 이 기술적 문제는 특히 실시간 제어를 위한 최대 허용 계산 시간이 신뢰할 수 있는 제어 성능을 보장하기 위해 필요한 전형적인 샘플링 시간인 0.01 s를 초과하는 경우에 더욱 치명적으로 부각된다. NMPC의 계산 부담을 줄이기 위해, 먼저 관성각을 사용하는 기존의 오일러 각 기반의 비선형 방정식을 구성하는 대신, 쿼터니언 수 체계(quaternion number system)에 기초한 비선형 쿼드로터 모델을 도출한다. 또한 최적의 재수행(receding) 예측수평 제어 입력을 빠르게 계산하기 위해 묵시적 연속(continuation) 일반화 최소 잔차(generalized minimum residual) 최적화 알고리즘을 설계한다. 제안된 NMPC는 오픈 소스 비행 개발 플랫폼인 Crazyflie 2.1®을 사용하여 엄밀한 시뮬레이션과 실험적 시험을 통해 광범위하게 검증되었다. 고도로 비선형인 쿼드로터 모델에 대한 보다 정확한 예측에 힘입어, 제안된 NMPC는 추종 성능이 기존의 선형 MPC에 비해 우수함을 보여준다. 본 연구는 자원이 제한된 MCU 상에서 비선형 쿼드로터의 NMPC를 구현하기 위한 기반과 포괄적인 지침을 제공하며, 자율 비행 및 장애물 회피와 같은 응용 분야로의 확장 가능성을 가진다.

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