Control Barrier Function-Based Attitude Control of a Coaxial Rotor Drone Satisfying Safety Constraints

다양한 분야에서 멀티로터 드론의 활용이 증가하는 가운데, 고성능을 요구하는 새로운 응용 분야가 등장하며 기술적 요구 수준이 높아지고 있다. 동축반전로터 드론은 뛰어난 추력 효율과 제어 모멘트로 이러한 요구를 만족시킬 잠재력을 지녔으나, 안정성과 정밀 자세 제어 달성은 여전히 도전 과제로 남아있다. 특히, 비행 상황에 따라 변동하는 최대 제어 모멘트는 모델 불확실성을 야기하여 실시간 상태 제한 제어를 어렵게 한다. 본 연구에서는 고차 제어장벽함수(HOCBF)를 동축반전로터 드론의 자세 제어에 적용하는 새로운 접근법을 제시한다. HOCBF는 모델 불확실성에 강인하고 계산적으로 효율적인 제어를 가능하게 하며, 시스템 상태를 안전 영역 내에 유지하도록 보장한다. 시뮬레이션 결과, 제안된 HOCBF 기반 제어기는 모델 예측 제어(MPC)보다 훨씬 적은 계산량으로 안전한 자세 제어 성능을 달성함을 입증한다. 또한, 동축반전로터 드론 시스템이 쿼드로터보다 향상된 추력 효율과 제어 안정성을 제공함을 확인한다. 본 연구는 HOCBF를 통해 동축반전로터 드론의 실시간 안전 제어 문제를 해결함으로써, 고성능 드론 응용 분야의 발전에 기여한다.