Learning Robust Agile Flight Control with Stability Guarantees
Autonomous Aerial Systems Lab, Dep. of Aerospace and Geodesy, TU Munich（自主空中系统实验室，航空航天与大地测量系，慕尼黑技术大学）
本文提出一种神经增强反馈控制器，统一现有控制范式优势，实现超越执行器极限的精确轨迹跟踪，提供通用稳定性保证，并支持无需微调的仿真到现实直接部署。
2025-10-14 cs.RO cs.SY eess.SY
A Stochastic Compound Failure Model for Testing Resilience of Autonomous Fixed-Wing Aircraft I: Formulation and Simulation
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本研究提出一种基于马尔可夫链的随机复合故障模型，通过PX4自动驾驶仪模块扰动姿态控制输入，仿真验证表明调优的PID控制器在级联复合瞬态故障下仍具备与自适应控制相当的固定翼飞机控制性能。
2023-10-04 cs.RO cs.SY eess.SY
Design, Modeling and Control for a Tilt-rotor VTOL UAV in the Presence of Actuator Failure
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；Amazon（亚马逊）
实现垂直起飞和降落，同时提供长距离飞行的能力，为广泛的新的现实世界飞机应用打开了大门，同时改善了许多现有的任务。倾转旋翼垂直起降无人机（VTOL）比固定翼和多旋翼飞机更适合此类应用。这些飞机的前期工作主要涉及空气动力学性能、设计、建模和控制。然而，一个较少探索的领域是研究它们的潜在容错，由于其固有的冗余，这使得它们能够容忍一定程度的驱动故障。本文介绍了倾转旋翼垂直起落飞机作动器几种故障的容限。我们讨论了一个定制的倾转旋翼垂直起降无人机，这是一个固定翼飞机和倾转旋翼，其中四个螺旋桨可以单独旋转的四旋翼组合的设计和建模。然后，我们分析了可行的扳手空间的车辆可以产生和设计的动态控制分配，使系统能够适应执行器故障，受益于配置冗余。所提出的方法是轻量级的，并实现作为一个扩展到现有的飞行控制堆栈。大量的实验验证了该系统能够在不同的执行器故障情况下保持受控飞行。据我们所知，这项工作是第一次研究倾转旋翼垂直起降的容错，利用配置冗余。源代码和模拟可以在https://theairlab.org/vtol上访问。
2023-01-02 cs.RO cs.SY eess.SY
Flying a Quadrotor with Unknown Actuators and Sensor Configuration
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本文扩展在线辨识方法，在未知执行器与IMU配置下估计IMU位姿及各电机推力方向，使四旋翼经两次1米抛接后即可稳定飞行。
2024-09-02 cs.RO cs.SY eess.SY
Flight Envelope Protection for a Hypersonic Glide Vehicle Using Adaptive Safety-Critical Control
German Aerospace Center（德国航空航天中心）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
针对高超声速滑翔飞行器模型不确定性下的飞行包线保护问题，提出自适应安全关键控制框架，通过输入端的CCRM自适应控制器和状态端的EBSF安全滤波器处理约束，仿真表明该框架能在控制输入受限及模型不确定时保持飞行包线约束并稳定跟踪。
2026-07-28 cs.SY eess.SY
NMPC-based Unified Posture Manipulation and Thrust Vectoring for Agile and Fault-Tolerant Flight of a Morphing Aerial Robot
Northeastern University（东北大学）
本文提出一种基于NMPC的统一控制框架，通过协同规划姿态操作与推力矢量，实现M4可变形空中机器人的敏捷飞行与执行器故障容错，仿真验证了其精确轨迹跟踪与鲁棒恢复能力。
2025-04-29 cs.RO cs.SY eess.SY
Gain-Scheduled Passive Fault-Tolerant Control Design for Dual-System UAV Transition Flight
针对双系统无人机过渡飞行的容错需求，提出将执行器故障引发的模型不确定性视为输入不确定性的增益调度被动容错控制方法，可简化设计流程，经六自由度仿真验证其容错性能优于LQR等方法。
2025-10-01 cs.SY eess.SY
Banking Turn of High-DOF Dynamic Morphing Wing Flight by Shifting Structure Response Using Optimization
Silicon Synapse Labs（硅突触实验室）；Northeastern University（东北大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
针对高自由度柔性扑翼机器人三维控制难题，本文为 Aerobat 设计基于配点法的低功率执行器控制方案，通过调节扑翼步态与气动力实现滚转跟踪和倾斜转弯，并在仿真中验证可行性。
2024-05-09 cs.RO cs.SY eess.SY
Flight Control of Sliding Arm Quadcopter with Dynamic Structural Parameters
University of Cincinnati（辛辛那提大学）
介绍了一种新型四轴飞行器的概念设计和飞行控制器设计。该设计能够在飞行过程中变形无人机的形状，以实现位置和姿态控制。我们考虑的动态重心（CoG），导致连续变化的惯性矩（MoI）参数的无人机在这个设计。这些动态结构参数对系统的稳定性和控制起着至关重要的作用。四轴飞行器臂长是一个可变参数，采用基于姿态反馈的控制律进行驱动。实时计算MoI参数，并将其纳入系统的运动方程中。无人机利用螺旋桨的角运动和可变的四轴飞行器臂长进行定位和导航控制。CoG的运动空间是一个设计参数，它受致动器限制和系统稳定性要求的约束。详细介绍了该系统的运动方程、飞行控制器设计和可能的应用。此外，建议的形状变化的无人机系统的航路点导航任务和复杂的轨迹跟踪的比较数值模拟进行评估。
2020-04-27 cs.RO cs.SY eess.SY
An integrated interpretable control effectiveness learning and nonlinear control allocation methodology for overactuated aircraft
University of Stuttgart, Faculty of Aerospace Engineering and Geodesy, Institute of Flight Mechanics and Control (iFR)（斯图加特大学航空航天工程与大地测量学院飞行力学与控制研究所）
提出一种基于稀疏非线性动力学辨识的学习控制效能映射方法，结合在线自适应机制，实现过驱动飞行器的高效非线性控制分配，兼具可解释性和低计算成本。
2026-10-20 cs.AI cs.RO cs.SY
Orientation stabilization in a bioinspired bat-robot using integrated mechanical intelligence and control
SiliconSynapse Laboratory at Northeastern University（东北大学硅突触实验室）
我们在这项工作中的目标是通过解决与蝙蝠空中运动的机器人仿生相关的关键挑战来扩展机器人运动的理论和实践。蝙蝠的翅膀表现出快速的翅膀关节，可以调动多达40个关节在一个单一的wingbeat。模仿蝙蝠飞行可能是一个重大的考验，目前的设计范式已经失败，因为它们只通过传感器和传统执行器承担闭环反馈作用，而忽略了形态学所承担的计算作用。在本文中，我们提出了一个设计框架，称为变形通过集成机械智能和控制（MIMIC），它集成了小型和低能量的执行器，通过形态的变化来控制机器人。在本文中，使用东北大学的Aerobat，这是为了测试MIMIC框架的有效性的动态模型，它将被证明，计算结构和闭环反馈可以成功地用于模仿蝙蝠稳定的飞行设备。
2021-03-29 cs.RO cs.SY eess.SY
Action-Increment-Constrained Policy Optimization for Smooth Online Adaptive Critic Flight Control with Actuator Rate Constraints and Low Computational Complexity (extended version with Ultimate Uniform Boundedness analysis)
Section Control and Simulation, Faculty of Aerospace Engineering, Delft University of Technology（控制与仿真部门，航空航天工程学院，代尔夫特理工大学）
本文提出在线时间平滑技术与低通滤波器以提升飞行控制系统动作平滑性，通过FFT分析策略性能，验证了方法的有效性。
2026-10-27 cs.AI cs.SY eess.SY
Active Vibration Control of Launch Vehicle on Satellite Using Piezoelectric Stack Actuator
Universidad Politecnica de Cataluña（加泰罗尼亚理工大学）
本文提出了一种智能适配器概念，通过18个压电堆执行器实现卫星上发射车辆的主动振动控制，利用模态分析和模糊逻辑控制方法，验证了该系统的高强性和良好的鲁棒性与有效性。
2023-04-06 cs.SY eess.SY physics.space-ph
Quad-LCD: Layered Control Decomposition Enables Actuator-Feasible Quadrotor Trajectory Planning
School of Engineering and Applied Science, University of Pennsylvania（工程与应用科学学院，宾夕法尼亚大学）；EPFL（瑞士联邦理工学院）
针对四旋翼电机饱和导致失控坠毁的问题，本文提出Quad-LCD，通过控制分解并从仿真轨迹数据学习跟踪惩罚，显著降低激进机动坠毁率并在Crazyflie上验证可行性。
2025-05-15 cs.RO cs.SY eess.SY
An Adaptive Digital Autopilot for Fixed-Wing Aircraft with Actuator Faults
University of Michigan（密歇根大学）；MIT（麻省理工学院）；University of Maryland, Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩分校）
本文为固定翼飞机研制了一种自适应数字式自动驾驶仪，并将其性能与固定增益自动驾驶仪进行了比较。自适应数字自动驾驶仪的构造是通过增加在PX 4飞行栈中实现的自动驾驶仪结构，自适应数字控制律使用回溯成本自适应控制算法更新。为了研究自适应数字自动驾驶仪的性能，固定增益自动驾驶仪的默认增益被按比例缩小以降低其性能。这种情况提供了一个场所，以确定自适应数字自动驾驶仪的能力，以补偿失谐的固定增益自动驾驶仪。接下来，自适应自动驾驶仪的性能进行检查故障条件下，通过模拟的情况下，其中一个控制面被假定为卡在一个未知的角位置。自适应数字自动驾驶仪在仿真中进行了测试，并检查由此产生的性能改善。
2021-10-21 cs.LG cs.RO cs.SY
Quaternion-Based Sliding Mode Control for Six Degrees of Freedom Flight Control of Quadrotors
Autonomous Vehicles Laboratory, Department of Aerospace Engineering, Toronto Metropolitan University（自主车辆实验室，航空航天工程系，多伦多 Metropolitan 大学）
本文提出基于四元数的六自由度滑模控制方法，通过级联架构提升四旋翼飞行控制的稳定性和效率。
2025-12-03 cs.RO cs.SY eess.SY
Stochastic Control of UAVs: An Optimal Tradeoff between Performance, Flight Smoothness and Control Effort
针对风扰下无人机控制需权衡跟踪性能、飞行平滑度与控制努力的问题，提出结合神经网络增强的混合扰动力估计器与协方差导引理论的控制架构，经实验验证优于现有方法。
2024-09-16 cs.SY eess.SY
Appointed-Time Fault-Tolerant Control for Flexible Hypersonic Vehicles with Unmeasurable States Independent of Initial Errors
本文针对柔性吸气式高超声速飞行器在不可测状态、集总扰动和执行器故障下的跟踪控制问题，提出一种基于反步法、新型状态观测器、误差变换函数和固定时间神经网络观测器的指定时间容错控制策略，实现不依赖初始误差的实用固定时间收敛，并通过仿真验证其有效性。
2025-04-13 cs.SY eess.SY
Incremental Nonlinear Fault-Tolerant Control of a Quadrotor with Complete Loss of Two Opposing Rotors
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
为了进一步扩展四旋翼飞行器在执行器故障情况下的飞行包线，设计了一种基于传感器的非线性容错控制器，用于在高速飞行条件下（> 8 m/s）稳定双对转故障的四旋翼飞行器。增量非线性动态逆（INDI）的方法，在处理模型的不确定性，以补偿显着的未知气动力效应。这种欠驱动系统的内部动力学进行了分析，并随后通过重新定义的控制输出稳定。所提出的方法可以推广到控制单转子故障和标称条件下的四旋翼。为了验证，在大型开放式喷气风洞中进行了飞行试验。在存在显著的风扰动的情况下，可以控制损坏的四旋翼的位置。一个线性二次型调节器（LQR）的方法，从文献中进行了比较，以证明所提出的非线性方法的优势，在有风和高速飞行条件。
2020-10-26 cs.RO cs.SY eess.SY
Model-Reference Adaptive Flight Control of a 95-mg Insect-Scale Flapping-Wing Aerial Robot
Washington State University（华盛顿州立大学）
针对昆虫尺度扑翼飞行机器人参数不确定性和扰动问题，提出模型参考自适应控制（MRAC）架构，结合混合乘性扩展卡尔曼滤波，实现高精度位置控制，并通过95毫克机器人实验验证了悬停和轨迹跟踪性能。
2026-06-19 cs.RO cs.SY eess.SY
Geometric Backstepping Control of Omnidirectional Tiltrotors Incorporating Servo-Rotor Dynamics for Robustness against Sudden Disturbances
Department of Aerospace Engineering, Seoul National University (SNU)（航空航天工程系，首尔国立大学）；Robotics Institute, Carnegie Mellon University（机器人研究所，卡内基梅隆大学）；Department of Mechanical Science and Engineering, University of Illinois Urbana-Champaign（机械科学与工程系，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
本文提出了一种结合伺服旋翼动力学的几何反推控制器，用于提高 omnidirectional 多旋翼在突发干扰下的鲁棒性和跟踪性能。
2026-02-20 cs.RO cs.SY eess.SY
Attitude- and Cruise Control of a VTOL Tiltwing UAV
IEEE
本文提出了一种过量驱动的垂直起降（VTOL）倾转翼无人机的数学建模、控制器设计和飞行测试方法，通过简化空气动力学和第一原理，建立了能够捕捉关键空气动力学效应的动态模型，包括螺旋桨滑流对机翼的影响和机翼后失速特性。通过优化如功率最优调平等方法解决了无人机的过量驱动问题，并开发了由低层姿态控制器和高层巡航控制器组成的控制系统，通过系统线性化和查找表确定飞行包线内调平的强非线性变化，通过广泛的飞行测试验证了控制系统在所有飞行阶段（悬停、过渡、巡航）的性能。
2019-05-04 cs.RO cs.SY eess.SY
FALCON-S: Fixed-wing ground-effect Aerodynamics Simulator and Flight Control Learning Suite
Interdisciplinary Centre for Security, Reliability and Trust (SnT), University of Luxembourg（卢森堡大学安全、可靠性与信任跨学科中心（SnT））；Earth Speacies Project（地球物种项目）
提出FALCON-S，一个模块化高保真仿真框架，建模完整六自由度刚体物理和地效空气动力学，支持CPU/GPU并行，用于近地固定翼飞行控制策略的开发与基准测试。
2026-09-09 cs.LG cs.RO cs.SY
Quadrotor Morpho-Transition: Learning vs Model-Based Control Strategies
California Institute of Technology（加州理工学院）
针对四旋翼空中形态转换控制难题，对比端到端RL控制器与MPC基线控制器的性能与硬件迁移条件，为敏捷变形飞控的鲁棒性研究提供参考。
2025-06-16 cs.RO cs.SY eess.SY
Modelling and Control of Subsonic Missile for Air-to-Air Interception
本文针对亚音速空空导弹拦截控制难题，提出一种集成优化PID、超前补偿器与卡尔曼滤波器的俯仰自动驾驶仪设计，有效抑制高频噪声并补偿100ms执行器延迟，显著改善响应性能。
2025-07-19 cs.SY eess.SY
NMPC-based Unified Posture Manipulation and Thrust Vectoring for Fault Recovery
Northeastern University（东北大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
针对多旋翼高空执行器故障易坠机的问题，提出基于姿态操纵与推力矢量统一的NMPC故障恢复方法，推导两类飞行动力学模型并通过M4机器人高保真仿真验证有效性。
2025-03-24 cs.RO cs.SY eess.SY
Robust line-of-sight pointing control on-board a stratospheric balloon-borne platform
针对平流层球载光学平台指向控制缺乏通用方法、地面实验无法复现飞行类摆振荡的问题，本文构建含参数不确定性的多体动力学模型，提出$\mathcal H_{\infty}$鲁棒视轴控制方法，经飞行数据验证可满足控制性能要求。
2021-12-20 cs.SY eess.SY
Controller Design of an Airship
针对矢量推力飞艇低速与悬停控制难题，提出E-INDI内环结合外环及倾转旋翼控制分配的方案，仿真验证其全包线跟踪与抗扰鲁棒性。
2025-07-25 cs.SY eess.SY
Agile UAV landing control on moving ship in adverse conditions
本文提出一种考虑船舶运动、振荡及侧风扰动的敏捷PID着陆控制方法，通过增设方向舵增强偏航能力，使四旋翼无人机能在移动船舶上自主着陆，并在波峰处下降以减小相对速度。
2024-11-08 cs.SY eess.SY
Control Allocation Algorithm for Hypersonic Glide Vehicles with Input Limitations
German Aerospace Center (DLR), Institute of Aerodynamics and Flow Technology（德国航空航天中心（DLR），空气动力学与流动技术研究所）
针对高超声速滑翔飞行器执行机构强非线性和物理约束，提出一种迭代控制分配方法，通过嵌入阻力敏感软约束提高能效并降低表面温度，在GHGV-2模型上验证了有效性。
2026-06-19 cs.SY eess.SY
A novel metric for detecting quadrotor loss-of-control
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
针对四旋翼飞行器失控定义不明确、现有检测方法受限的问题，提出一种基于执行器能力的新型失控检测指标，经仿真与真实飞行数据验证，可检测故障及剧烈偏航引发的失控，且具备通用性。
2024-08-12 cs.RO cs.SY eess.SY
A Unified MPC Strategy for a Tilt-rotor VTOL UAV Towards Seamless Mode Transitioning
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
提出一种基于MPC的统一控制策略，解决倾转旋翼VTOL无人机无需模式切换的控制分配问题，利用四旋翼冗余设计提升容错性，在性能上优于PID控制器并实现平滑过渡与精确转弯。
2024-02-12 cs.RO cs.SY eess.SY
Deep Reinforcement Learning based Control Design for Aircraft Recovery from Loss-of-Control Scenario
本研究利用深度强化学习设计飞机失控恢复控制，通过PPO算法在高保真模型上训练，实现对角速度的抑制和攻角的稳定，展示了强化学习在飞行控制中的应用潜力。
2026-01-10 cs.SY eess.SY
Gliding in extreme waters: Dynamic Modeling and Nonlinear Control of an Agile Underwater Glider
Purdue University（普渡大学）
针对缺乏外部执行器且受环境扰动影响的水下滑翔机，提出数据驱动建模与基于Lyapunov的非线性控制，结合PID实现复杂机动，适用于峡湾等动态水域可靠导航。
2024-02-08 cs.RO cs.SY eess.SY
Dynamic Modeling and Attitude Control of a Reaction-Wheel-Based Low-Gravity Bipedal Hopper
本文提出了一种基于反应轮的双足跳跃机器人，通过动态建模和姿态控制技术，在低重力环境下实现稳定跳跃和着陆。
2026-03-11 cs.RO cs.SY eess.SY
NanoBench: A Multi-Task Benchmark Dataset for Nano-Quadrotor System Identification, Control, and State Estimation
NanoBench是首个公开的纳米级四旋翼多任务基准数据集，提供高精度地面真实数据及控制器和估计器输出，用于系统识别、控制和状态估计的评估。
2026-09-17 cs.RO cs.SY eess.SY
Model-Free versus Model-Based Reinforcement Learning for Fixed-Wing UAV Attitude Control Under Varying Wind Conditions
ONERA（法国航空航天研究院）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；AKKODIS Research（AKKODIS研究公司）
本文以PID为基准，比较了无模型和基于模型的强化学习在固定翼无人机姿态控制中的性能，发现Temporal Difference Model Predictive Control在跟踪精度和鲁棒性上表现更优，并引入致动波动指标评估能效与执行器磨损。
2024-09-26 cs.LG cs.RO cs.SY
Transformer-Based Fault-Tolerant Control for Fixed-Wing UAVs Using Knowledge Distillation and In-Context Adaptation
Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学）；KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）
本文提出一种基于Transformer的固定翼无人机容错控制方法，利用上下文学习直接映射外环参考值到控制指令，并通过知识蒸馏训练部分观测学生智能体，在多种故障场景下优于传统飞控和强化学习方法。
2025-03-07 cs.LG cs.RO cs.SY
DR-IPC: Disturbance-Resilient Integrated Planning and Control for LiDAR-Based Quadrotor Navigation
Southeast University（东南大学）；Xiamen University of Technology（厦门理工学院）
DR-IPC提出一种集成规划与控制方法，结合路径引导与NMPC直接生成控制量，在扰动下显著提升四旋翼导航任务完成率并降低高度误差。
2026-10-05 cs.RO cs.SY eess.SY
