Exact Input-Output Linearization for the Translational Dynamics of a Quadrotor Helicopter

Zusammenfassung Der Beitrag beschreibt eine exakte E/ALinearisierung für die translatorische Dynamik eines Quadrocopters. Die hierfür relevante Lageinformation reduziert sich auf die Ausrichtung des Schubvektors (bzw. der körperfesten zAchse), welche mit zwei Freiheitsgraden beschrieben werden kann. Hierzu wird im vorliegenden Beitrag ein spezielles Schubachsenquaternion eingeführt. Die E/A-Linearisierung selbst erfolgt in zwei Stufen. Zunächst wird eine E/A-Linearisierung zwischen der z-Position und dem Schub durchgeführt und anschließend eine E/A-Linearisierung zwischen der xy-Position und den Stellmomenten. Summary This paper presents an exact inputoutput linearization for the translational dynamics of a quadrotor helicopter. For this purpose the required attitude information is fully given by the orientation of the thrust vector (coinciding with the body-fixed z-axis), which can be described with only two degrees of freedom. To this end a special quaternion for the thrust axis is introduced in this paper. The input-output linearization then consists of two stages. First an input-output linearization relating z position to thrust is performed and followed by a second input-output linearization relating xy position to the control torques.