I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute r  E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   8 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   201 8 ,   p p .   5 6 6 ~ 5 7 5   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v8 i 1 . p p 5 6 6 - 5 7 5          566       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   Att i tude  Co ntrol  o f  Q ua dro tor  Usi ng  P D  Plus  Feed f o r w a rd  C o ntroller o n  SO (3)         Al m ido   H   G i nting 1 ,   O y a s   Wa hy un g g o ro 2 ,   Adha   I m a m   C a hy a di 3   1 , 2, 3 D e p a rtm e n t   of   El e c tri c a l  En g in e e rin g   a n d   I n f o rm a ti o n   T e c h n o l o g y ,   Un iv e rsitas   G a d jah   M a d a ,   Y o g y a k a rta,  In d o n e sia   1 D e p a rtme n t   o f   El e c tri c a l  En g in e e rin g ,   Un iv e rsitas   Nu sa   Ce n d a n a ,   Ku p a n g ,   I n d o n e sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   1 7 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Dec   8 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Dec   2 3 ,   2 0 1 7       T h is  p a p e r  p ro p o se s      a   si m p le   s c h e m e   o f   P ro p o rti o n a l - De riv a ti v e   (P D)  p l u s  F e e d f o rwa rd   c o n tro ll e r  o n   S O( 3 )   to   c o n tr o l  t h e   a tt it u d e   o f   a   q u a d ro to r.   T h is   c o n tro ll e r  o n ly   n e e d s  th e   m e a su re m e n t  o f   a n g u lar  v e lo c it y   to   c a lcu late   th e   e x p o n e n ti a l  c o o rd i n a tes   o f   th e   ro tatio n   m a tri x .   W it h   ro tatio n   m a tri x   a s  a n   e rro r  v a riab le  o f   th e   c o n tr o ll e r,   th e   sim u latio n   sh o w s  th a t  th e   c o n tr o ll e r  is   a b le  to   d riv e   th e   a tt it u d e   o f   th e   q u a d ro t o r  f ro m   h o v e rin g   c o n d i ti o n   to   d e sire d   a tt it u d e   a n d   f ro m   a n   a tt it u d e   c o n d it io n   g o e s  t o   t h e   h o v e rin g   c o n d i ti o n ,   d e sp it e   th e   sy ste m   is  d istu rb e d .   W h e n   th e   s y ste m   i s  c o n v e rg e n t,   th e   ro tatio n   e rro r  m a tri x   w il l  b e   a   3 x 3   id e n ti ty   m a tri x .   K ey w o r d :   A tt itu d e   E x p o n en t ial  co o r d in ate   P r o p o r tio n al - d er iv ati v e   Qu ad r o to r   R o tatio n   m atr ix   Co p y rig h t  ©   2 0 1 8   In stit u te o f  A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .    Al l  rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   A d h a  I m a m   C a h y ad i ,    Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g   an d   I n f o r m at io n   T ec h n o lo g y ,   Un i v er s ita s   Gad j ah   Ma d a ,   Yo g y a k ar ta   I n d o n es ia .   E m ail:  a d h a. i m a m @ u g m . ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N     A   q u ad r o to r   is   a  s ix   DO F  Un m an n ed   A er ial  Ve h icle  ( U A V )   w h ich   co n s is ts   o f   t w o   p air s   o f   co u n ter - r o tatin g   r o to r s .   Du e  to   s o m e   u n iq u e  ab ilit ie s   o f   q u ad r o to r   s u ch   as  h i g h   m a n eu v er ab il it y   ( h o v er i n g   an d   VT OL ) ,   s m al l  s ize,   an d   ea s y   to   co n tr o l,  q u ad r o to r   h as  b ee n   w id el y   u s ed .   T h e  u s a g e  ar ea   o f   a  q u ad r o to r   ca n   b e  s ep ar ated   in to   th r ee   m aj o r   p ar ts   s u ch   a s :  m i litar y   o p er atio n s   ( s ec u r it y   i n tell ig e n ce ) ,   p u b lic  ap p licatio n   ( SAR ) ,   an d   ci v il  ap p licatio n   ( p h o to g r ap h y ) .   I n   o r d er   to   i m p r o v e  th e  ab ilit y   o f   q u ad r o to r ,   s o m e  r esear ch er s   w er e  ca r r y   o u t  o n   s e v er al  a s p ec t  o f   co n tr o l,  s u c h   a s   p at h   p l an n i n g   [ 1 ] ,   p o s itio n   [ 2 ] ,   altit u d e  o r   h o v er in g   [ 3 ] ,   an d   attitu d e   [ 4 ] .   A tt itu d e  o f   q u ad r o to r   is   an   o r ien tatio n   o f   t h e  b o d y   f i x ed   f r a m e  w it h   r esp ec t  to   t h e  i n er ti al  f r a m e.   I t  d ep en d s   o n   th e  m o m e n t  a n d   th e  th r u s t  o f   t h e  t w o   p air s   o f   m o to r .   B y   v ar y in g   th e  r o to r   s p ee d ,   o n e  ca n   ch an g e   th e  li f t  f o r ce   to   cr ea te  m o tio n .   T h e  ab ilit y   o f   q u ad r o to r   d e p en d s   o n   a n   attit u d e  co n tr o l  o f   q u ad r o to r .   I f   th e   attitu d e  co n tr o l  is   co r r ec t,  th en   th e  ad d itio n al  tas k   ca n   b e  ad d ed   t o   th e  s y s te m ,   f o r   ex a m p le,   in   th e  n a v i g atio n   task   s u c h   as  p ath   p la n n in g ,   th e  o r ien tatio n   o f   q u ad r o to r   is   an   i m p o r tan t  to   s et  th e  ac c u r ac y   o f   s e n s o r   to   d etec t   th e  o b s tacle .   T h e  s et   o f   a t tit u d es  o f   q u ad r o to r   ( r ig id   b o d y )   is   th e  s et  o f   3 x 3   o r th o g o n al  m atr i x   w h o s e   d eter m in a n t is o n e  as k n o w n   a s   Sp ec ial  Or th o g o n al  S O( 3 )   [ 5 ] .   T o   c o n tr o l  th e  attit u d e  o f   q u a d r o to r ,   m a n y   o f   co n tr o l  al g o r ith m s   h av e  b ee n   d ev elo p ed   [ 6 ] .   Mo s t  o f   th e m   w er e  d ev elo p ed   w it h   e u ler   an g les  r ep r esen tatio n ,   w h ich   s u f f er   f r o m   t h e  p r o b lem   o f   s in g u lar it ies  f o r   lar g e  an g le  r o tatio n al  m a n e u v er s   [ 7 ] - [ 1 2 ] .   T o   av o id   s in g u la r it y   in   e u ler   an g les  r ep r esen t atio n ,   s o m e  w o r k s   u s e  a   q u ater n io n   m e th o d   to   r ep r esen t  t h e  att itu d e   o f   q u ad r o to r   [ 1 3 ] - [ 1 5 ] .   A lth o u g h   th e   q u ater n io n s   d o   n o t  in cr ea s e  to   s i n g u lar ities ,   th e y   h av e   d o u b le  co v er   o f   th e   s et   o f   at tit u d es  S O ( 3 )   ( n o   u n iq u e  r ep r esen tatio n   ca lled   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       A ttit u d e  C o n tr o l o f Q u a d r o to r   Usi n g   P D  P lu s   F ee d fo r w a r d ….   ( A lmid o   H  Gin tin g )   567   a m b ig u itie s )   in   t h e  s en s e  th at   ea ch   attitu d e  co r r esp o n d s   to   t w o   d if f er en t  q u ater n io n   v ec t o r s .   A n o t h er   w o r k   u s i n g   a  co m b in at io n   o f   E u ler   an g le s   an d   u n i t - q u ater n io n   to   r ep r esen t th e  att itu d e  o f   t h e  air cr af t  [ 1 6 ] .   On e  m e th o d   th at  ca n   av o id   f r o m   s in g u lar itie s   an d   a m b i g u it ies  is   a  g eo m etr ic  co n tr o l  m et h o d ,   w h ich   u s e s   a  r o tatio n   m atr ix   r ep r ese n tatio n .   T h is   r ep r ese n tatio n   is   g lo b al  an d   u n iq u e.   I n   g eo m et r ic  co n tr o l  m et h o d ,   th e  r o tatio n   m a tr ix   ca n   b e  d e v elo p ed   w i th   an   ex p o n e n tial   m atr i x   o f   ex p o n e n tial   co o r d in ate  o f   a n   attit u d e,   w h ic h   m ap   a  v ec to r         in to   a   m atr i x   S O( 3 )   ( Sp ec ial  o r th o g o n al - 3 )   b y   s u m m i n g   a n   i n f in i te   s er ies   o f   ex p o n en t ial  s k e w - s y m m e tr ic  m atr i x .   T h e  ex p o n en tia l  co o r d in ate  is   o n e  o f   th e  in tr i n s ic  p r o p e r ties   o f   L i e   g r o u p   S O( 3 ) .   Sev er al  s t u d ies  to   co n tr o l  a  q u ad r o to r   b ased   o n   ex p o n en tial  co o r d in ate  h av e  b ee n   alr ea d y   d o n e.     I n   [ 1 7 ] ,   a  g eo m et r ic  tr ac k i n g   co n tr o l  s y s te m   o n   S O( 3 )   w a s   p r o v id ed   to   av o id   s in g u lar iti es  an d   a m b i g u itie s   th at  ar e  i n h er e n t  to   o th er   att itu d e  r ep r esen tatio n .   T h is   p r o p o s ed   tr ac k in g   co n tr o l  also   s h o w   its   p er f o r m a n ce   to   s tab ilize  t h e  attit u d e  er r o r   w it h o u t  t h e  k n o w led g e  o f   t h e  i n er tia  m atr i x .   I n   [ 1 8 ] ,   a  r o b u s t  ad ap tiv e  tr ac k i n g   co n tr o l  o f   th e  attit u d e  d y n a m i cs  o f   a  r ig id   b o d y   w a s   p r o p o s ed .   T h e  co n tr o ller   m ad e  a  tr ac k in g   f o r   an   attit u d e  an d   an g u lar   v elo cit y   co m m a n d   w it h o u t  k n o w led g e  o f   t h e  in er tia  m atr i x   o f   a  r ig id   b o d y .   B o th   o f   th e s e  r esear ch es  m er el y   g i v e  th e  atti tu d e  tr ac k i n g   ap p r o ac h   w it h o u t c o n s id er in g   th e  co n tr o l to r q u e.   I n   [ 1 9 ] ,   th e  attitu d e  co n tr o lle r   f o r   a  q u ad r o to r   b ased   o n   e x p o n en t ial  co o r d in ate  h ad   b e en   alr ea d y   d o n e.   T h e  co n tr o ller   h as  b ee n   d esig n ed   u s in g   T LC   ( tr aj ec to r y   li n ea r is a t io n   co n tr o l) .   T h e  co n tr o ller   u s e  an   ex p o n en t ial  co o r d in ates               an d   an g u lar   v elo cit y               as  an   er r o r   v ar iab le  f o r   co n tr o ller .   W h ile     in   [ 1 9 ]   u s es  a  v ec to r          as  an   e r r o r   v ar iab le,   a  r o tatio n   m atr i x   er r o r             as  an   er r o r   v ar iab le  is   u s ed   as  a n   in p u t  o f   t h e  co n tr o ller   in   [ 2 0 ] .   I n   [ 2 0 ] ,     a   PID   alg o r ith m   is   u s ed   an d   a  k n o w led g e  o f   an g u l ar   v elo cit y   er r o r   as   an   in p u t to   co n tr o ller   is   n ee d e d .   T h is   w o r k   is   lo o k   li k e  f o c u s   in   r esp o n s e  ti m e  o f   t h e  r o to r .   I n   th i s   p ap er ,   a  s im p le    P D  p lu s   Feed f o r w ar d   co n tr o ller   o n   S O( 3 )   w it h   a  r o tatio n   m atr i x                  as  an   er r o r   v ar iab le  f o r   t h e  s y s te m   i s   p r o p o s ed   .   T h is   co n t r o ller   is   s i m p ler   t h a n   th e  co n t r o ller   in   [ 2 0 ] .   T h is   co n tr o ller   u s es  a  p r o p o r tio n al - d er iv ati v e  al g o r ith m   an d   o n l y   r eq u ir es  th e  m ea s u r e m en ts   o f   an g u lar   v elo cit y   f r o m   d y n a m ic  o f   q u ad r o to r   to   ca lcu late  th e  attit u d e.   T h is   co n tr o ller   ca n   s tab ilize  th e  attit u d e  o f   q u ad r o to r   in   h o v er i n g   co n d it io n   an d   m ak in g   a  m o tio n   to   a  d esire d   attit u d e.       2.   RE S E ARCH   M E T H O D     I n   th i s   s ec tio n ,   s o m e  m at h e m atica l  to o ls   w il l  b e  g iv e n   f o r   r o tatio n   p ar am etr izat io n   an d   s o m e  b asi c   k n o w led g e  o f   L ie  Gr o u p   an d   L ie  A l g eb r a.     2 . 1 .     M a t he m a t ics o f   Ro t a t i o n in SO ( 3 )   R o tatio n   m atr i x   i s   a  3 x 3   m atr i x   t h at  r ep r ese n ts   th e   tr an s f o r m atio n   v ec to r   f r o m   a  f i x ed - b o d y   f r a m e   to   an   in er tial  f r a m e.   R o tatio n   m a tr ix                  is   a  L ie  g r o u p   w h ic h   h as  an   alg eb r aic  g r o u p   s tr u ct u r e  b ased   o n   m atr i x   m u ltip licatio n   as   th e   g r o u p   o p er atio n .   A cc o r d in g   to   t h e  E u ler   t h eo r e m   f o r   r o tates  b o d y ,   an y     3 - d i m e n s io n al  r o tatio n   o f   a  r i g id   b o d y   ca n   b e  r ep r esen ted   b y   a  r o tatio n   o f   a  g iv e n   ax i s   b y   an   an g le.   S u p p o s e  th at            is   a  u n it  v ec to r   th at  s p ec i f y in g   th e  r o tatio n   a x is   o f   a  r ig id   b o d y ,   an d             is   a  r o tatio n   an g le  in   r ad i an s .   T h e  p o s itio n   o f   a  p o in t a t th e  r i g id   b o d y   as a   f u n c tio n   o f   ti m e  i s   d en o ted   b y   q ( t ) .  I f   th e  b o d y   is   r o tated   at  co n s ta n t u n it  v elo cit y   ab o u t   th e  ax i s     ,   th e  v elo cit y   o f   th e  p o in t c an   b e  w r itte n   as       ̇                         ̂               ( 1 )     T h e  h at  o p er ato r       m ap s   a   v ec t o r   in           to   a  s k e w - s y m m etr ic  m atr ix ,   d ef i n ed   as         ̂   [                                     ]   ( 2 )     T h e  in v er s e  o p er atio n   o f   th e  h at  o p er ato r         is   d en o ted     as  a   v ee   o p er ato r     ,     w h ic h   r ec o v er   a  v ec to r             f r o m   a  s k e w - s y m m etr ic  m atr i x     ̂            .   T h e  s k e w - s y m m etr ic  m a tr ix     ̂     s atis f ie s     ̂           ̂   .   A ll  s u c h   m atr ices  f o r m s   a  v ec to r   s p ac e  d en o ted   as  s o ( 3 ) :                  {                             }   ( 3 )     T h e  ex p o n en tial   m ap   tr a n s f o r m s   a   s k e w - s y m m etr ic   m atr ice s   in to   an   o r th o g o n al  m atr ice s .   Geo m etr icall y ,   t h e   s k e w - s y m m etr ic  m atr i x   co r r esp o n d s   to   th e  ax is   o f   r o tatio n   ( v ia  th e  m ap p i n g         ̂ ,   an d   th e  ex p o n en tial  m ap   g en er ate s   th e  r o tatio n   co r r esp o n d in g   to   th e  r o tatio n   ab o u t  th e  a x is   b y   a  s p ec i f ied   a m o u n t    .   So   th e   ex p o n en t ial  m ap                                 w ill  m ap s   a  s k e w - s y m m etr ic  m atr i x     ̂     to   an   o r th o g o n al  m atr ix   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   2 0 1 8 :   5 6 6 – 575   568   (         ̂   ) ,   th at  is                   ̂             ̂             ̂               ̂             ( 4 )     w h er e  I     is   a   3 x 3   id en t it y   m atr i x ,       is   a  r o tatio n   an g le,   an d       is   a  r o tatio n   a x is .   T h e  r o tatio n   m atr i x                  is     a  th r ee - d i m e n s io n a l sp ec ia l  o r th o g o n al  m atr ix   t h at  s atis f i es                                                ( 5 )     E q u atio n   ( 4 )     is   an   in f i n ite  s e r ies  f o r m u la.   T o   o b tain   a  clo s ed - f o r m   ex p r es s io n   f o r            ̂     ,   b y   r ef er r ed   to   R o d r ig u es'   Fo r m u la,   an   e f f ic ie n t  m e th o d   f o r   co m p u t in g            ̂       is   s t ated   as                 ̂           ̂                ̂                            ( 6 )       w h er e      [             ]               ,   w it h   ‖   ‖       is   th e  r o tatio n   ax is ,   an d       is   a  r o tatio n   an g le.   T h e  v ec to r              is   t h e  ex p o n e n tial  co o r d in ate s       f o r                ,   th er e f o r e,   a  r o tatio n   m at r ix   ca n   b e  ca lc u lated   b y   a n   ex p o n en t ial  m a tr ix   o f   a  s k e w - s y m m etr ic  m a tr ix   o f   e x p o n e n t ial  co o r d in ate    ,               .   ( 7 )     T h e  in v er s e  m ap p in g   f r o m     a n   o r th o g o n a l  m atr i x   S O( 3 )   to   a  s k e w - s y m m e tr ic  m atr i x   s o ( 3 )     is   d o n e  b y   th e   lo g ar it h m ic  m ap   w h ic h   is   d e f i n ed   as                                                               ( 8 )     w h er e      is           (                )   an d   |   |     ,   an d              is   t h e   s u m   o f   t h e  ele m e n t s   o n   th e   m ai n   d ia g o n al   o f   r o tatio n   m a tr ix .     I f         ,   th e  r o tatio n   ax is         ca n   b e  ch o s en   ar b itra r i l y .   An d   if         ,   th e  r o tatio n   ax is   ca n   b e  ca lcu lated   b y                ,   th at  is                                                          ( 9 )     An   il lu s tr atio n   o f   a   r o tatio n   w it h   a n   a x i s   a n d   an g le  o f   r o tatio n   ca n   b e  s ee n   in   Fig u r e  1 ,    w h er e       [             ]      is   a  r ef er en ce   co n f ig u r atio n ,   a n d       [             ]     is   a  p r ese n t  co n f i g u r atio n .   Fro m   Fig u r e  1 ,   a   r ef er en ce   co n f ig u r atio n   p   w ill  b e  r o tated   b y   a n   an g le         t o   a   p r esen t  co n f ig u r atio n   t   w it h   a   r o tatio n   ax is   r .           Fig u r e  1 .   I llu s tr atio n   o f   r o tatio n   w it h   ax i s - an g le     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       A ttit u d e  C o n tr o l o f Q u a d r o to r   Usi n g   P D  P lu s   F ee d fo r w a r d ….   ( A lmid o   H  Gin tin g )   569   2 . 2 .   Q ua dro t o r  M o del   As  s h o w n   i n   Fig u r e  2 ,   t h e  in er tial  f r a m e  a n d     b o d y   f r a m e   ar e  d en o ted   as   E   a n d   B .   T h e  b ase  o f     f r a m e  B   ca n   b e  r ep r esen ted   u s in g   th e  a x es  o f   f r a m e  E ,   w it h   co o r d in ates                                   ,   w h er e        is   a  3 x 1   d im e n s io n al - v ec to r .   I n   Fig u r e  2 ,   th e  q u ad r o to r ' s   attit u d e  is   d escr ib ed   u s in g   r o ll  (   ) ,   p i tch   (   ) ,   an d   y a w  (   )   an g le,   w r it ten   as      [       ]   .   T h e  an g u lar   v elo cit y   is   d escr ib ed   in   b o d y   f r a m e  ax es,  d en o ted   as         [       ]   .   T h e  in er tia  m atr ix   o f   th e  q u a d r o to r   is   as f o llo w s :           [                                              ] ,   ( 1 0 )           Fig u r e  2 .  Mo d el  o f   q u ad r o to r       w h er e  t h e  i n d ices   x ,  y ,   a n d   z   d en o te  x - ,  y - ,   a n d   z -   a x i s   i n   t h e  b o d y   f r a m e,   r esp ec tiv e l y .   I f   q u ad r o to r   is   as s u m ed   to   b e  s y m m etr ic  to   its   x -   an d   y -   ax is ,   th e  i n er tia  m atr ix   i n   ( 10 )   ca n   b e  w r itte n   as           [                            ]   .   ( 1 1 )     T h e  in p u ts   o f   q u ad r o to r 's  s y s te m   ar e  th e  s q u ar ed   an g u lar   s p ee d s   o f   i ts   f o u r   r o to r s ,   d en o ted   b y         [                         ]   .   T h e  r o t o r s   g en er ate  t h e  to r q u e      [             ]     an d   th r u s t   T .   T h e  to r q u es  an d   t h r u s t a r e  g e n er ated   b y   m a n ip u lati n g   t h e  a n g u lar   s p ee d   as                                                                   ( 1 2 )                                                                                              ,     w h er e  d ,  b ,  k   ar e  r esp ec tiv e l y   t h e  le n g th   o f   t h e  q u ad r o to r ' s   ar m ,   p r o p eller   th r u s t  co e f f i cien t,  a n d   p r o p eller   to r q u e  co ef f icie n t.   T h e  eq u ati o n   o f   m o tio n   o f   th is   q u ad r o to r   ar e  g iv e n   b y         ̇       ̂     ( 1 3 )           ̇                       ,   ( 1 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   2 0 1 8 :   5 6 6 – 575   570   w h er e              ,   is   th e  in er tia   m atr i x   i n   th e  b o d y   f i x ed   f r a m e ;            ,   is   th e  an g u lar   v elo cit y   i n   th e  b o d y   f r a m e;                ,   is   th e  r o tatio n     m atr i x     as    a     tr an s f o r m   f r o m   th e  b o d y   f r a m e  to   th e  in er tial  f r a m e ;           ,  is     th e   co n tr o l    to r q u e  g e n er ated   b y   t h e  ac tu ato r   o f   t h e   r o b o t.   T h e  d y n a m ics  o f   q u ad r o to r   in   ( 1 4 )   ca n   b e   r e w r itte n   as         ̇                                         ,   ( 1 5 )     an d   t h e  q u ad r o to r ' s   k in e m atic s   i n   ( 1 3 ) ,   r ef er r ed   f r o m   [ 2 1 ] ,   th is   d if f er en tial  eq u atio n   ca n   b e  r e w r it ten   in   ter m s   o f   th e  a n g le      as         ̇   (           ̂   (         ‖   ‖   )   ̂   ‖   ‖   )       ( 1 6 )       w h er e                  ⁄              ⁄                     is   a  b o d y   a n g u lar   v elo cit y ,   an d                  is   an   ex p o n e n tial   co o r d in ate  o f   r o tatio n   m atr ix .   T h er ef o r e,   th e  s ec o n d   o r d er   s y s te m   o f   q u ad r o to r   UA V  i n   S O( 3 )   i s   d ef i n ed   as           ̇   (           ̂   (         ‖   ‖   )   ̂   ‖   ‖   )           ̇                                            .   ( 1 7 )     2 . 3 .   P D  P lus   F ee d - f o r w a rd  C o ntr o l o n SO ( 3 )   B ased   o n   th e  w o r k s   o f   B u llo   in   [ 2 2 ] ,   f o r   a  s im p le  f ir s t  o r d er   s y s te m   o n   S O( 3 ) ,   a  d y n a m ic al  s y s te m   w it h   s tate          ev o lv es  f o llo w in g       ̇         ,   ( 1 8 )     w h er e  G     is   a  L ie  Gr o u p   m a tr ix ,                  is   th e  co n f i g u r atio n   o f   s y s te m ,   an d         is   th e  b o d y   v el o cit y .   A s s u m e  th at  t h e  q u a n tit y   o f                      ca n   b e  d ir ec tly   co n tr o lled   to   an y   d esire d   v al u e  ( i.e .   th e  s y s te m   i s   f u ll y   ac t u ated ) .   T h en   th e  p r o p o r tio n al  co n tr o l a ctio n   is                                          .   ( 1 9 )     No w ,   co n s id er   t h e  s tab ilizati o n   p r o b lem   f o r   s ec o n d   o r d er   s y s te m s ,   th at   is   f o r   t h e  s y s t e m   w h er e  h av e   f u ll   co n tr o l o v er   f o r ce s   ( ac ce ler atio n s )   r ath er   th a n   v e lo cities.  A   s ec o n d   o r d er   s y s te m   o n   S O ( 3 )   h as t h e  f o r m         ̇               ̇                         ,   (2 0)     w h er e                    is   t h e  co n f ig u r atio n   o f   t h e  s y s te m ,                                is   t h e  i n ter n al   d r if t,  a n d                  is   th e  co n tr o l  in p u t.  T o   r eg u late  th e  co n f ig u r atio n   g   to   th e  i d en tit y   m atr i x                ,   th e  p r o p o r tio n al  ac tio n   w il l  b e  co u p led   w it h   a  d er iv ativ e  ter m ,   i.e .   w it h   a  ter m   p r o p o r tio n al  to   th e  v elo cit y       .   L et        an d         b e   s y m m etr ic,   p o s itiv e  d e f in ite  g ain s .   T h en   t h e  co n tr o l la w   is                                                           ,   ( 2 1 )     ex p o n en t ia ll y   s tab ilize s   th e  s t ate  g   at                 f r o m   a n y   in i tial  co n d itio n      (         )       an d   f o r   all        an d               s u c h   th at                   ‖           ‖         ‖         ‖              ,    ( 2 2 )     w h er e                is   th e  m i n i m u m   ei g e n v alu e   o f       .   No w ,   i f   t h e  s y s te m   is   as s u m ed   as  a  q u ad r o to r .   An d   th a n ,   f r o m   t h e  f o r m u latio n   ab o v e,   i f                  is   r ep lace d   w ith                ,        w it h       ,   an d                                  w it h                     ,   th en   t h e  co n tr o l la w   f o r   q u ad r o to r   is                                                    ,   ( 2 3 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       A ttit u d e  C o n tr o l o f Q u a d r o to r   Usi n g   P D  P lu s   F ee d fo r w a r d ….   ( A lmid o   H  Gin tin g )   571       Fig u r e  3 .  B lo ck   Diag r a m     w h er e                 is   an   attit u d e  o f   q u ad r o to r ,         is   a n g u lar   v elo cit y   i n   b o d y   f r a m e,   J   is   m o m e n t  in er t ia  o f   q u ad r o to r   an d       is   t h e  co n tr o l  to r q u e.   Usu al l y ,   P D  co n tr o l  u s es  p r o p o r tio n al  an d   d er iv ati v e  er r o r   ter m .   Fo r   ex a m p le,   i f   t h e  o b j ec tiv e  is   t o   co n tr o l  a  v ar iab le      to   m a tc h   th e  co n s ta n t  s e t  p o in t        w it h   P D  co n tr o l,  th e   co n tr o l la w       w o u ld   b e                                                                                       ̇ ,   ( 2 4 )     w h er e        an d         ar e  p r o p o r tio n al  an d   d er iv ati v e  co n s tan t,  r e s p ec tiv el y .   W ith   t h i s   er r o r   ter m ,   if   th e               is   ex p o n en t ial  co o r d in ate  o f   a  r o tatio n   m atr i x     ,   th e  E q u atio n   ( 2 4 )   s h o u ld   b e  w r it ten   a s                                                     ( 2 5 )     T h e  b lo ck   d iag r a m   o f   t h is   co n tr o ller   is   s h o w n   i n   Fi g u r e  3 .   F r o m   t h e  b lo ck   d ia g r a m   o f   co n t r o ller ,   th e  d if f er e n ce   b et w ee n   r o tatio n   tar g et  m atr i x   an d   cu r r en t  r o tatio n   m atr ix   w il l  b e  ca lcu lated   in   m u ltip licatio n   o f   m atr i x   to   g et  an   er r o r   r o tatio n   m a tr ix .   W ith   t h is   m u ltip l y   o p er atio n ,   th e  r esu lt  i s   s till   i n   th e  f o r m   o f   a  r o tatio n   m atr i x ,   w h ic h   s ati s f y                       an d                  .   T h e  r o tatio n   cu r r en t  m atr ix   i s   ca lcu lated   w it h   th e   g iv e n   a n g u lar   v elo cit y       f r o m   d y n a m ic  m o d el.   Fro m   [ 2 1 ] ,   g i v en   b o d y   a n g u lar   v elo cit y     ,   th e               w h ic h   co n s is t o f   ex p o n e n tial c o o r d in at e  o f   r o tatio n   m atr i x        ca n   b e  ca lcu lated   u s i n g   ( 7 ).       3.   RE SU L T S  A ND  AN AL Y SI S     Her e,   th e  co n tr o ller   w as  s i m u lated   i n   3   ca s es.  I n   th e   f ir s t   ca s e,   th e  co n tr o ller   is   u s ed   t o   d r iv e  th e   attitu d e  f r o m   a n   attit u d e  co n d i tio n   to   h o v er i n g   co n d itio n .   I n   th e  s ec o n d   ca s e,   th e  co n tr o ller   is   u s ed   to   co n tr o l  th e  attit u d e  f r o m   h o v er i n g   co n d itio n   to   a  d esire d   attitu d e.   An d   in   th e  last   ca s e,   t h e  s i m u latio n   s h o w s   t h e   ab ilit y   o f   t h e  co n tr o ller   to   co m p en s ate  an   at tit u d e  d is tu r b an c e.   T h e  in itial  an d   tar g et  o f   r o tatio n   m atr i x   ca n   b e  an   an y   3x3  m atr i x ,   w h er e  th e  m a tr ix   s atis f ies  th e   co n d itio n   in   ( 5 ).   T h e  co n tr o lle r   w as  s i m u lated   in   6   DOF  eu l er   an g les  w i th   m o d el  p ar a m et er   o f   q u ad r o to r   ar e   cr ea ted   b y   C o r k e  in   [ 2 3 ] ,   i.e .                                                                                                                                                                                                     .     3 . 1 .   Ca s e  1   I n   th is   ca s e,   th e  s i m u latio n   will  s h o w   t h e  p er f o r m an ce   o f   c o n tr o ller   to   d r iv e  an   attit u d e    to w ar d   a  h o v er i n g   co n d itio n   (       ) .   I n   h o v e r in g   co n d itio n ,           w ill  b e  a           id en tit y   m atr i x .   I n   t h i s   ca s e,   th e   i n itial  attitu d e  o f   q u ad r o to r               is                   [                                                                                             ]   .     T h e  er r o r   o f   attitu d e               ca n   b e  ca lcu lated   b y   m u ltip l y in g   t h e   tr an s p o s e  m a tr ix   o f   d esire d   attitu d e          w it h   t h e  in itial a tti tu d e              o f   q u ad r o to r ,   th at  is   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   2 0 1 8 :   5 6 6 – 575   572                    [                   ]   [                                                                                             ]   [                                                                                             ]     T h e  ex p o n en t ial  co o r d in ates  o f   th e  er r o r   o f   attit u d e  b ec o m e  an   in p u t  to   th e  co n tr o lle r ,   to   ca lcu late  th e   r eq u ir ed   to r q u e  f o r   th e  s y s te m   to   ac h ie v e  t h e  d esire d   atti tu d e.   T h e  r esu lt   o f   t h e  s i m u l atio n   is   s h o w n   in     Fig u r e  4 .                      Fig u r e  4 .  Si m u latio n   r esu l t o f   ca s e  1       I n   Fig u r e  4b ,   th e  ex p o n e n ti al  co o r d in ate  o f   th is   ca s e  b ec o m e s   [               ]     w h e n   t h e  s y s te m   i s   co n v er g e n t.  T h is   ex p o n e n tial   co o r d in ates  v ec to r   w ill  b e  tr an s f o r m ed   in to   a  s k e w - s y m m etr ic  m atr i x   b y   o p er ato r     ,   an d   th e  attit u d e  o f   t h is   co n d it io n   ca n   b e  ca lcu late d   b y   ex p o n e n tial  m atr i x   o f   t h e  s k e w - s y m m etr ic  m atr i x   o f   ex p o n e n tial c o o r d in ates a s   s h o w n   i n   ( 7 ).                  [                         ]   [                   ]   .     T h e  co n d itio n   d escr ib es   t h at  t h e  q u ad r o to r   h a s   n o   r o tatio n   o r   in   h o v er i n g   co n d itio n ,   t h e  s a m e   as   th e   r o tatio n   tar g et   in   th i s   ca s e.   T h e  r o tatio n   an g le  is   0   r ad   as  s h o w n   i n   Fi g u r e  4a .   I n   t h is   co n d itio n ,   w h ile  t h e  attit u d e         ,   th e  r o tatio n   a x is       ca n   b e  ch o s en   ar b itra r il y .   W h en   th e  s y s te m   m ee t s   co n v er g e n ce ,   t h e  an g u la r   v elo cit y   f o r   all  ax is   ar e  [               ]     as  s h o w n   in   Fi g u r e  4c .   T h e  s tead y   s tate  in   th i s   s y s te m   i s   r ea ch e d   in   3   s ec   w it h   t h e  r is e  ti m e  is   ab o u t 1   s e c.     3 . 2 .   Ca s e  2   I n   t h e  s ec o n d   ca s e,   t h e  s i m u la tio n   w i ll  s h o w   t h e  p er f o r m a n c e  o f   co n tr o ller   to   co n tr o l  th e   q u ad r o to r ’ s   attitu d e  f r o m   h o v er in g   co n d iti o n   to   a   d esire d   attitu d e.   I n   th is   ca s e,   th e  in itial  attit u d e              is   a           id en tit y   m atr i x   an d   th e  d esire d   attit u d e           is               [                                                            ]     T h e  er r o r   o f   attitu d e               in   th is   s ec o n d   ca s e  ca n   b e   ca lcu lated   b y   m u l tip l y i n g   th e  tr an s p o s e  m atr i x   o f   d esire d   attitu d e          w i th   t h e  i n itia l a ttit u d e              o f   q u ad r o to r   ,   th at  is   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       A ttit u d e  C o n tr o l o f Q u a d r o to r   Usi n g   P D  P lu s   F ee d fo r w a r d ….   ( A lmid o   H  Gin tin g )   573                [                                                            ]   [                   ]   [                                                              ]   .     T h e  r esu lt   o f   t h e   s ec o n d   ca s e  is   s h o w n   i n   Fig u r e  5 .   W h e n   t h e  s y s te m   i s   co n v er g e n t,  th e   v alu e  o f   e x p o n en tial   co o r d in ate  ar e  [                                 ]     as  s h o w n   i n   F ig u r e  5b ,   an d   t h e  attit u d e  ca n   b e  ca lcu lated   b y   t h e   s a m e  w a y   as s h o w n   in   C ase  1 ,   th at  is                  [                                                              ]   [                                                            ]   .                     Fig u r e  5 .  Si m u latio n   r esu l t o f   ca s e  2       As  s h o w n   i n   Fi g u r e  5a   an d   t h e  v alu e   o f         ,   th e   r o tatio n   a x i s   ca n   b e  ca lcu lated   b y   ( 9 ) ,   t h at  i s   [                                    ]   .   T h is   m ea n s   t h at  t h e  q u ad r o t o r   is   r o tated   w it h   t h is   r o tatio n   ax is ,   a n d   r o tates   ab o u t  1 . 2 8 7   r a d   ( 7 3 . 4   d eg r ee ) .   T h e  v alu e  o f   an g u lar   v e lo cit y   in   Fi g u r e  5 c    in d icate s   t h at  t h er e  is   n o   alter atio n   o f   r o tatio n   an g le  w h e n   t h e  s y s te m   is   co n v er g en t.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   2 0 1 8 :   5 6 6 – 575   574   3 . 3 .     Ca s e  3   I n   th e   th ir d   ca s e,   th e   s i m u lati o n   is   d o n e  to   test   th e  co n tr o ll er ' s   ab ili t y   to   co m p en s ate  t h e  d is tu r b an ce   o f   th e  s y s te m .   T h e  co n tr o ller   is   s i m u la ted   w i th   d is t u r b an ce   b y   [                           ]     in   attit u d e  cu r r en t      ,   w it h   t h e   in itial  a n d   tar g et  o f   attit u d e  is   th e   s a m e  a s   in   C a s e  2 .   I n   th i s   ca s e,   th is   co n tr o ller   ca n   p r eser v e  th e  v al u e  o f   attitu d e  cu r r e n t in   3 . 0 3   s ec   as sh o w n   in   F ig u r e   6a .    W h en   a  d is t u r b an ce   is   ad d ed   to   th e  s y s te m ,   th e  r o tatio n   er r o r   r aises   b y   0 . 0 6   p o in t  in   x - a x is   a n d   th e  co n tr o ller   d r iv es   th e   s y s t e m   t o   m a k e  t h e  er r o r   o f   attit u d e  b ec o m e   ze r o   in   3 . 0 3   s ec   a s   s h o w n   i n   F ig u r e  6b .    As  lo n g   as    t h e  s y s te m   i s   ad d ed   b y   a  d is t u r b an ce ,   t h e   co n tr o ller   p r eser v es   er r o r   in   ze r o   p o in t.  W h e n   t h e   d is tu r b an ce   i s   eli m i n ated   f r o m   t h e  s y s te m ,   r o tatio n   er r o r   in   t h is   s y s t e m   is   r ed u ce d   f r o m   ze r o   p o in t  to     p o in t  - 0 . 0 6 .   I n   ab o u t  3   s ec ,   t h e  co n tr o ller   ca n   d r iv e  th e  t h e  s y s te m   to   th e  d esire d   attit u d e,   an d   th e  r o tatio n   er r o r   b ec o m es  ze r o   w h e n   th e  s y s te m   m ee t s   co n v er g en ce .   B ased   o n   all  o f   th e  ca s e s ,   r o tatio n   er r o r   m atr ix   i s   a  3 x 3   id en tit y   m atr i x   w h e n   t h e  s y s te m   is   co n v er g e n t.  T h e  s tead y   s tate   ti m e  i s   ab o u t  3   s ec   an d   th e   r is e  ti m e   i s   ab o u t 1   s ec   f o r   all  ca s es.                                                                                                                  6a                                     6b     Fig u r e  6 .  Si m u latio n   r esu l t o f   ca s e  3       4.   CO NCLU SI O N     A  n e w   s i m p le   s c h e m e  o f   PD   p lu s   Feed f o r w ar d   co n tr o ller   o n   S O ( 3 )   to   co n tr o l  t h e   attitu d e  o f   q u ad r o to r   is   p r o p o s ed   in   th is   p ap er .   T h is   co n tr o ller   u s es  a  r o tatio n   m atr i x   er r o r   as  a  v a r iab le  er r o r   o f   th e   s y s te m .   T h e  co n tr o ller   is   ab le   to   d r iv e  t h e  attit u d e  o f   q u ad r o to r   f r o m   h o v er in g   co n d itio n   to   d esire d   attitu d e   an d   f r o m   a n   attit u d e  co n d itio n   g o es  to   th e  h o v er i n g   co n d itio n ,   w it h   th e  co n v er g en ce   t i m e  o f   ab o u t  3   s ec .   T h e   v alu e  o f   a n g u lar   v elo cit y   w ill  b e  ze r o   w h e n   th e  d esire d   eq u ilib r iu m   i s   ac h ie v ed   an d   th e  r o tatio n   er r o r   m atr i x   w il l  b e  a  3 x 3   id en t it y   m atr ix .   T h is   co n tr o ller   ca n   al s o   d r iv e  th e   s y s te m   to   th e   d esire d     attitu d e  d esp ite   t h e   s y s te m   i s   d is tu r b ed .   Fo r   th e  f u tu r e  w o r k ,   th i s   co n tr o ller   w i ll  b e  im p le m en ted   to   co n tr o l  th e  m a n eu v er i n g   o f   q u ad r o to r   in   th e  r ea l q u ad r o to r .         RE F E R E NC E S     [1 ]   Isw a n to ,   W .   O y a s,    a n d   C.   A d h a   I m a m ,   " P a th   P lan n in g   Ba se d   o n   F u z z y   De c isio n   T re e s   a n d   P o ten ti a l  F iel d , "   In ter n a t io n a l  J o u rn a l  o f  E lec trica l  a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,  v o l.   6 ,   p p .   2 1 2 - 2 2 2 ,   F e b   2 0 1 6.   [2 ]   H.  L iu ,   J.  X i ,   a n d   Y.  Zh o n g ,   " Ro b u st   M o t io n   Co n tro l  o f   Qu a d ro to rs , "   J o u rn a l  Fra n k li n   In stit u d e ,  v o l.   3 5 1 ,   p p .   5 4 9 4 - 5 5 1 0 ,   2 0 1 4.   [3 ]   K.  Uk   L e e ,   H.  S o l  Kim ,   J.  B a e   P a rk ,   a n d   Y.  Ho   Ch o i ,   " Ho v e rin g   Co n tro l  o f   a   Qu a d ro to r , "   2012   ICRO S   In ter n a t io n a l  C o n fer e n c e   o n   C o n t ro l,   A u to m a ti o n   a n d   S y ste ms ,  p p .   162 - 1 6 7 ,   2 0 1 2 .   [4 ]   S .   Bo u a b d a ll a h   a n d   R.   S ieg wa rt ,  " F u ll   Co n tro l  o f   a   Qu a d ro to r , "   2 0 0 7   In ter n a ti o n a l  C o n fer e n c e   o n   I n telig e n t  Ro b o ts   a n d   S y ste ms ,  p p .   1 5 3 - 1 5 8 ,   2 0 0 7 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       A ttit u d e  C o n tr o l o f Q u a d r o to r   Usi n g   P D  P lu s   F ee d fo r w a r d ….   ( A lmid o   H  Gin tin g )   575   [5 ]   N.  Ch a tu rv e d i,   A .   S a n y a l,   a n d   N  M c Clam ro c h ,   " Ri g id - Bo d y   A tt it u d e   Co n tr o l , "   IEE E  Co n tro l  S y ste ms   M a g a zin e s ,  v o l.   31 ,   p p .   30 - 51 ,   2 0 1 1.   [6 ]   A .   Zu lu   a n d   S .   Jh o n ,   " A   Re v ie w   o f   Co n tro l  A lg o rit h m s  f o r  A u to n o m o u s  Qu a d ro to rs , "   Op e n   J o u rn a l   o f   Ap p li e d   S c ien c e ,  v o l.   4 ,   p p .   5 4 7 - 5 5 6 ,   2 0 1 4 .   [7 ]   H.  Bo lan d i ,   M .   Re z a e i,   R.   M o h se n ip o u r,   H.  Ne m a ti ,   a n d   S .   M .   S m a il z a d e h ,   "   A tt it u d e   Co n tro l  o f   a   Qu a d ro t o r  w it h   Op ti m ize d   P ID Co n tr o ll e r , "   In tell ig e n t  C o n tr o l  a n d   A u to m a ti o n ,  v o l.   4 ,   p p .   3 3 5 - 3 4 2 ,   2 0 1 3 .   [8 ]   M .   N.  Du c ,   T .   N.  T ro n g ,   a n d   Y.  S .   X u a n ,   "   T h e   Qu a d ro to r  M A V   S y ste m   u sin g   P ID  Co n tr o l , "   20 15   Pr o c .   IEE E  In ter n a t io n a l  C o n fer e n c e   o n   M e c h a tro n ics   a n d   Au t o ma t io n ,   p p .   5 0 6 - 5 1 0 ,   2 0 1 5 .   [9 ]   J.  A .   A .   S .   S o m a siri,   K.  G .   B.   Ga m a g e d a ra ,   D.  H.  S .   M a it h rip a la,  a n d   J.  M .   Be rg ,   "   I m p le m e n tatio n   o f   a n   A l m o st  G lo b a ll y   S tab le  In tri n sic   No n li n e a r  P ID  C o n tr o ll e r  f o r  A tt it u d e   S tab il iza ti o n   o f   a   Qu a d ro t o r , "   20 15   IEE E   1 0 t h   In ter n a t io n a l  C o n fer e n c e   o n     I n d u stria l  a n d   I n fo rm a ti o n   S y ste ms   ( ICIIS ) ,   p p .   4 2 5 - 4 2 8 ,   2 0 1 5 .   [1 0 ]   Z.   He   a n d   L .   Z h a o ,   " A   S im p le  A tt it u d e   C o n tr o l  o f   Qu a d ro t o r  He li c o p ter Bas e d   o n   Z ieg ler - Nic h o ls  R u les   f o r  T u n in g   P D  P a ra m e ters , "   Hin d a wi  T h e   S c i e n ti fi c   W o rld   J o u r n a l ,    p p .   1 - 13 ,   2 0 1 4.   [1 1 ]   A .   Ja b a r  a n d   F .   M .   M a li k ,   " S a m p led - Da ta  Ba c k ste p p in g   Co n tr o l  o f   a   Qu a d r o to r   Un m a n n e d   A e ri a l  V e h icle , "   In ter n a t io n a l  J o u rn a l  o f  R o b o ti c s   a n d   A u to m a ti o n   ( IJ CRA ) ,  v o l.   4 ,   No .   2 ,   p p .   1 2 4 - 1 3 4 ,   2 0 1 5 .   [1 2 ]   Z.   L ian   Ch u a n   a n d   K.  T o   Ch o n g ,   " No n li n e a r  Hy b rid   Co n tro l ler  f o r  a   Qu a d ro to r  Ba se d   o n   S li d in g   M o d e   a n d   Ba c k ste p p in g , "   In ter n a ti o n a l  J o u rn a l  o f  R o b o ti c s a n d   Au t o ma t io n   ( IJ CRA ) ,  v o l.   4 ,   N o .   3 ,   p p .   2 0 9 - 2 1 8 ,   2 0 1 5 .   [1 3 ]   A .   T a y e b i    a n d   S .   M c g il v a r y ,   " A t ti tu d e   S ta b il iza ti o n   o f   a   V T O L   Q u a d ro t o r  A ircra f t , "   IEE E  T ra n sa c ti o n   o n   Co n tro l   S y ste ms   T e c h n o l o gy ,  v o l .   1 4 ,   N o .   3 ,   p p .   5 6 2 - 5 7 1 ,   2 0 0 6 .   [1 4 ]   O.  M a g n u ss e n ,   M .   Ottes tad ,   a n d   G .   Ho v lan d ,   " Ex p e ri m e n tal  v a li d a ti o n   o f   a   q u a tern io n - b a se d   a tt it u d e   e stim a ti o n   w it h   d irec t  in p u t  to   a   q u a d c o p ter   c o n tro l  sy ste m , "   2013   In ter n a ti o n a l  Co n fer e n c e   o n   Un ma n n e d   Ai rc ra ft   S y ste ms ,   ICUAS ,  p p .   4 8 0 - 4 8 5 ,   2 0 1 3 .   [1 5 ]   E.   F re sk   a n d   G .   Nik o lak o p o u l o s ,   " F u ll   Qu a tern i o n   Ba se d   A tt it u d e   Co n tro l  f o r  a   Qu a d ro t o r , "   2 0 1 3   E u ro p e a n   Co n tro l  Co n fer e n c e   ( ECC) ,  p p .   3 8 6 4 - 3 8 6 9 ,   2 0 1 3 .   [1 6 ]   K.  D.  Do , " G lo b a l  T ra c k in g   Co n tro l  o f   Qu a d ro to r  V T OL   A ircr a f t  i n   T h re e - Di m e n sio n a l  S p a c e , "   201 5   In ter n a ti o n a l   J o u rn a l  o f  R o b o ti c s a n d   Au t o ma ti o n   ( IJ CRA ) , v o l.   3 ,   N o .   1 ,   p p .   13 - 29 ,   2 0 1 5 .   [1 7 ]   T .   L e e ,   " Ge o m e tri c   T ra c k in g   Co n tro l  o f   th e   A tt it u d e   Dy n a m i c s  o f   a   Rig id   Bo d y   o n   S o (3 ) , "   201 1   A me ric a n   Co n tro l   Co n fer e n c e ,  p p .   1 2 0 0 - 1 2 0 5 ,   2 0 11.   [1 8 ]   T .   Lee ,   " Ro b u st  A d a p ti v e   A tt i tu d e   T ra c k in g   o n   S O(3 )  W it h   a n   A p p li c a ti o n   to   a   Qu a d r o t o r  UA V , "   IEE E  T ra n sa c ti o n s  o n   Co n tro l   S y ste ms   T e c h n o l o g y ,   v o l.   2 1 ,   No .   5 ,     p p .   1 9 2 4 - 1 9 3 0 ,   2 0 1 3 .   [1 9 ]   Y.  Yu ,   X .   Din g ,   a n d   J.  J.  Zh u ,   " A tt it u d e   T ra c k in g   Co n tro l   o f   a   Qu a d ro t o r   UA V   in   t h e   Ex p o n e n ti a l  Co o r d in a tes , "   J o u rn a l  o f  T h e   Fra n k li n   I n stit u te ,   v o l.   3 5 0 ,   p p .   2 0 4 4 - 2 0 6 8 ,   2 0 1 3 .   [2 0 ]   Y.  Yu ,   S .   Ya n g ,   M .   Wan g ,   C.   L i ,   a n d   Z.   L I ,   " Hig h   P e rf o r m a n c e   F u ll   A tt it u d e   Co n tro l  o f   a   Qu a d ro to r  o n   S O(3 ) , "   2 0 1 5   IE EE   I n ter n a t io n a l  C o n fer e n c e   o n   Ro b o t ics   a n d   A u to m a ti o n   ( ICRA ) ,   p p .   1 6 9 8 - 1 7 0 3 ,   2 0 1 5 .   [2 1 ]   F .   Bu ll o   a n d   R.   M .   M u rra y ,   " P ro p o rti o n a l  De riv a ti v e   (P D)  Co n tro l  o n   t h e   Eu c li d e a n   G ro u p , "   CDS   T e c h n ica l  Rep o rt ,   1 9 9 5   [2 2 ]   F .   Bu ll o   a n d   R.   M .   M u rra y ,   " P ro p o rti o n a l  De riv a ti v e   (P D)  Co n tro l  o n   t h e   Eu c li d e a n   G ro u p , "   1 9 9 5   E u ro p e a n   Co n tro l  Co n fer e n c e ,  p p .   1 0 9 1 - 1 0 9 7 ,  1 9 9 5 .   [2 3 ]   P .   I.   C o rk e , "   Ro b o ti c s,  V isio n   a n d   Co n tro l:   F u n d a m e n tal  a lg o rit h m s in   M A TL A B ," B e rlin ,   S p rin g e r ,   2 0 1 1 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.