[論文レビュー] Integrated Flight and Propulsion Control for Fixed-Wing UAVs via Thrust and Disturbance Compensation

Chongyi Sun, Heling Yuan+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2026

Adaptive Control of Nonlinear Systems被引用数 0

ひとこと要約

この論文は、推力が測定不能で外乱がある場合にも所望の軌道に対して漸近的な位置追従を達成する拡張外乱観測器を用いたターボジェットエンジンを搭載した固定翼 UAV の飛行と推 propulsion制御の階層統合スキームを提案する。

ABSTRACT

This paper investigates the position-tracking control problem for fixed-wing unmanned aerial vehicles (UAVs) equipped with a turbojet engine via an integrated flight and propulsion control scheme. To this end, a hierarchical control framework with thrust and disturbance compensation is proposed. In particular, we first propose a perturbed fixed-wing UAV model with turbojet engine dynamics, accounting for both unmodeled dynamics and external disturbances. Second, a versatile extended observer is designed to handle both unmeasurable thrust dynamics and external disturbances. Third, a hierarchical control framework is implemented using three observer-based controllers to guarantee position-tracking performance. With the proposed control strategy, we prove that the closed-loop system asymptotically converges to the desired trajectory. Finally, a comparative simulation is performed to illustrate the proposed control strategy.

研究の動機と目的

• ターボジェットエンジンを搭載した固定翼 UAV の非線形性と推進ダイナミクスを解決し、位置追従性能を向上させる。
• ターボジェットダイナミクス、未モデリングダイナミクス、およる外乱を含む perturbed integrated model を開発する。
• 外乱と測定不能な推力を推定する拡張外乱観測器を設計する。
• 所望の軌道へ漸近的収束を保証する三層の観測器ベース制御フレームワークを提案する。

提案手法

• 固定翼 UAV とターボジェットエンジンを推進ダイナミクスと気動力でモデル化する。
• 外乱と未測定の推力を推定する拡張外乱観測器を導入する。
• 位置、飛行方向、対気速度の三つの観測器ベースのコントローラからなる階層型制御フレームワークを実装する。
• カ cascade 安定性議論を用いて閉ループ系の所望軌道への漸近収束を証明する。
• 位置、対気速度、飛行方向サブシステムに分解してコントローラ設計を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 thrust および外乱補償を伴う統合飛行・推進制御フレームワークは、ターボジェットエンジンを搭載した固定翼 UAV の3D 位置追従を正確に達成できるか。
• RQ2 拡張外乱観測器を、階層制御構造内の測定不能推力と外乱に対処するよう設計するにはどうすればよいか。
• RQ3 提案されたカ cascade 制御フレームワークの安定性保証（漸近収束）はどうなるか。
• RQ4 動作状態プランナー、飛行方向コントローラ、対気速度コントローラという三つの観測器ベースコントローラは、堅牢な追従を保証するためにどのように相互作用するか。

主な発見

• 提案されたフレームワークは、固定翼 UAV の所望位置軌道への漸近収束をもたらす。
• 外乱と未測定推力を推定する拡張外乱観測器が設計され、漸近安定性を示す。
• 三つの観測器ベースコントローラからなる階層的制御構造は、推進ダイナミクス下での位置追従性能を保証する。
• モデルはターボジェットダイナミクスを飛行ダイナミクスと統合し、単純なモデルで見落とされがちな推進に起因する効果に対処する。
• 安定性解析はカ cascade 系統論を用いて、ターゲット軌道への全体的な収束を保証する。