Analysis of feedforward control approaches for autonomous quadcopters

Autores

DOI:

https://doi.org/10.18607/ES20261521820


Palavras-chave:

Control, Feedforward, Quadcopter, Ardupilot, Performance Assessment

Resumo

This paper bridges the conceptual gap between trajectory-based feedforward control, common in academic motion control literature, and the dynamic inversion approach used in practical open-source flight control firmwares like Ardupilot. While classical methods aim for zero tracking error by anticipating reference trajectories, practical implementations prioritize actuator smoothness and effort prediction. A comparative analysis is conducted on the z-axis of a simulated quadcopter across 162 scenarios, varying velocity and acceleration feedforward gains. Performance is evaluated using Integral Absolute Error (IAE), Integral of Squared Input (ISU), and Total Variation (TV). Results indicate that while the classical approach reduces position tracking error by up to ten times, it induces severe velocity overshoots (up to 36.1%) and extreme actuator chattering at high acceleration gains. The study concludes that aggressive feedforward tuning degrades physical performance, validating the stability-focused architecture adopted by available flight controllers. 

Biografia do Autor

  • Vinícius Freitas Rodrigues, Universidade Federal de Uberlândia

    Graduado em Engenharia de Controle e Automação pela Universidade Federal de Uberlândia (UFU). Atualmente, cursando mestrado em Engenharia Elétrica na Universidade Federal de Uberlândia, na linha de pesquisa de Sistemas e Controles Eletrônicos. Desenvolve pesquisa nas áreas de sistema de controle, aplicados especificamente em veículos aéreos não tripulados multirotores. Também pesquisa sobre modelagem matemática de sistemas dinâmicos e desenvolvimento e firmware embarcado para sistemas autônomos. Faz parte do grupo de Laboratório de Automação, Sistemas Eletrônicos e Controle (LASEC-UFU).

  • Gabriela Vieira Lima, Universidade Federal de Uberlândia

    Graduada em Engenharia Elétrica com ênfase em Controle e Automação pela Universidade Federal de Uberlândia (2012), mestre (2015) e doutora (2019) em Engenharia Elétrica pela mesma instituição, com especialização em controle e navegação autônoma de aeronaves não tripuladas. Atualmente, é Professora Adjunta na UFU, onde além de lecionar e orientar pesquisas de graduação, também integra o corpo docente permanente do Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica (PPGEELT). Seus interesses de pesquisa abrangem sistemas de controle, sistemas cooperativos e autônomos, robótica móvel, veículos aéreos não tripulados, planejamento de trajetórias, Agricultura de Precisão e Indústria 4.0.

Publicado

2026-07-07

Como Citar

Freitas Rodrigues, V., & Vieira Lima, G. . (2026). Analysis of feedforward control approaches for autonomous quadcopters. E&S Engineering and Science, 15(2). https://doi.org/10.18607/ES20261521820