A Data-Driven Autopilot for Fixed-Wing Aircraft Based on Model Predictive Control
University of Michigan（密歇根大学）
针对固定翼飞机气动未建模场景，提出基于带变速遗忘RLS在线辨识的预测代价自适应控制自动驾驶仪，无需气动建模与先验数据即可实现MPC控制。
2024-02-01 cs.RO cs.SY eess.SY
A unified approach to fixed-wing aircraft path following guidance and control
Institut Universitaire de France（法国高等研究院）；INRIA（法国国家信息与自动化研究所）；I3S UCA-CNRS（I3S 尼斯蔚蓝海岸大学-法国国家科学研究中心联合实验室）
本文提出了一种统一框架，用于固定翼模型飞行器的路径跟随控制，结合了运动引导和动态控制律，通过简单的通用空气动力学模型适用于几乎所有三维路径，并通过实际硬件在环仿真验证。
2018-09-11 cs.SY eess.SY
Airspeed Forward-Invariance for Unpowered Fixed-Wing Aircraft
Kevin T. Crofton Department of Aerospace and Ocean Engineering, Virginia Polytechnic Institute and State University（凯文·T·克罗夫顿航空航天与海洋工程系，弗吉尼亚理工学院和州立大学）
本文研究无动力固定翼飞行器在稳风条件下的空速保护问题，通过建立风依赖的二次规划框架，确保空速安全包络的前向不变性。
2026-04-22 cs.RO cs.SY eess.SY
Customizable Stochastic High Fidelity Model of the Sensors and Camera onboard a Low SWaP Fixed Wing Autonomous Aircraft
Boeing Research & Technology Europe（波音欧洲研究与技术公司）；Polytechnic University of Madrid（马德里理工大学）；Centre for Automation and Robotics（自动化与机器人中心）
自主飞行器的导航系统依赖于一套机载传感器提供的读数来估计飞行器状态。在固定翼飞行器的情况下，传感器套件由加速度计、陀螺仪和磁力计、全球导航卫星系统（GNSS）接收器和大气数据系统（皮托管、空气风向标、温度计和气压计）组成，并且通常由一个或多个数码相机补充。这些传感器中的每一个的行为和误差源的准确表示，以及由相机生成的图像，对于飞行模拟和评估新的惯性或视觉导航算法是必不可少的，并且在低SWaP（尺寸、重量和功率）飞机的情况下更是如此，其中传感器的质量和价格是有限的。本文为这些传感器中的每一个提供了现实的和可定制的模型，这些模型已被实现为开源C++模拟。提供了飞机状态随时间的真实变化，仿真提供了所有传感器产生的误差的时间戳序列，以及地球表面的逼真图像，这些图像类似于从沿着指示的状态位置和姿态飞行的真实相机拍摄的图像。
2021-12-01 cs.RO cs.SY eess.SY
Aircraft turnaround time estimation in early design phases: simulation tools development and application to the case of box-wing architecture
这项工作涉及的问题，估计周转时间在飞机设计的早期阶段。周转时间对飞机的适销性和价值创造潜力有重大影响，因此，它应被视为机身和客舱设计决策的重要驱动因素。因此，在飞机设计的早期阶段，估算周转时间是一项重要的任务。当设计师探索非传统的飞机结构时，或者通常仍在评估机身设计及其内部布局时，这项任务变得更加决定性。特别是，正确估计登机和下机时间至关重要，这占总周转时间的40%。为此，开发了一种称为SimBaD的工具，并利用现有不同类别飞机的公开数据进行了验证。为了证明SimBaD评估机身和机舱特征对周转时间的影响的能力，其应用于非常规的箱翼飞机架构，称为普朗特飞机，作为案例研究。最后，考虑到飞机制造商提供的标准方案，普朗特飞机的周转时间和传统的竞争对手的飞机的周转时间之间的比较。
2021-08-02 cs.SY eess.SY
Experimental Flight Testing of a Fault-Tolerant Adaptive Autopilot for Fixed-Wing Aircraft
University of Michigan（密歇根大学）；University of Maryland, Baltimore County（马里兰大学巴尔的摩郡分校）
本文提出了一种用于固定翼飞机的自适应自动驾驶仪，并将其性能与固定增益自动驾驶仪进行了比较。自适应自动驾驶仪的构造是通过增加自动驾驶仪的结构与自适应控制的法律，更新使用追溯成本自适应控制。为了研究自适应自动驾驶仪的性能，固定增益自动驾驶仪的默认增益缩放，以降低其性能。这种情况提供了一个场所，以确定自适应自动驾驶仪的能力，以补偿退化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被卡在一个未知的角度。自适应自动驾驶仪也在物理飞行实验中退化标称条件下进行测试，并检查由此产生的性能改善。
2022-10-24 cs.RO cs.SY eess.SY
Online Model-Free Reinforcement Learning for the Automatic Control of a Flexible Wing Aircraft
University of Ottawa（渥太华大学）；Aswan University（阿斯旺大学）；University of Texas at Arlington（德克萨斯大学阿灵顿分校）
由于柔性机翼系统的高度非线性变形，使得柔性机翼飞行器的控制问题具有挑战性。这就迫切需要新的控制机制，对机翼空气动力学的实时变化具有鲁棒性。提出了一种基于数值迭代强化学习的柔性机翼天线结构在线控制方法。它采用无模型控制策略框架和保证收敛的自适应学习架构来解决系统的贝尔曼最优性方程。一个Riccati方程的推导和证明是等价的，以解决底层贝尔曼方程。在线强化学习解决方案使用自适应批评机制来实现。证明了该控制器在李雅普诺夫意义下是渐近稳定的。它是通过计算机模拟评估和其优越的性能表现在两个方案在不同的操作条件下。
2021-08-05 cs.AI cs.LG cs.RO
Guidance Mechanism for Flexible Wing Aircraft Using Measurement-Interfaced Machine Learning Platform
柔性翼飞机的自主操作在技术上具有挑战性，并且从未在文献中提出过。缺乏一个精确的建模框架是由于复杂的非线性空气动力学的关系，在柔性翼形状的变形，这反过来又复杂的控制和导航系统的仪表设置。这就迫切需要创新的方法来连接负担得起的仪器平台，以自主控制这种类型的飞机。这项工作利用了仪器和测量，机器学习和优化领域的想法，以便为柔性翼飞机开发自主导航系统。一种新的机器学习过程的基础上，指导搜索机制的接口实时测量的机翼方向动态控制决策。这个过程是使用在线值迭代算法来实现的，该算法实时决定两个改进的和相互作用的无模型控制策略。第一个策略是关于实现跟踪目标，而第二个支持系统的稳定性。一个神经网络平台，采用自适应的批评是用来近似的控制策略，同时近似评估他们的价值。实验驱动系统被用来测试所提出的平台的有效性。实验结果表明，与所提出的无模型自适应学习方法的稳定性特征。
2021-03-29 cs.SY eess.SY
Safe Receding-Horizon Control of Fixed-Wing Aircraft Using Constrained Approximate Dynamic Programming
University of Kentucky（肯塔基大学）
提出一种基于约束近似动态规划的固定翼飞机滚动时域控制，通过软最小控制屏障函数处理状态约束，实现非短视的最优控制，并在风不确定性下验证了约束满足与性能。
2026-10-06 cs.SY eess.SY
Unified controller for take-off and landing for a fixed-wing aircraft
起飞和着陆是飞机飞行中最重要的动作。小型固定翼飞机的展开通常是手工进行的，但当有效载荷增加时，起飞和着陆机动则在跑道上进行，使程序更加复杂。出于这个原因，我们解决的两个机动的性能，以开发一个独特的控制器使用反馈控制技术。我们提出了纵向飞机动力学模型的起飞和着陆考虑滚动阻力的地面滚动期间通过摩擦模型。我们也提出了这样一个模型的控制器设计。一个稳定性证明进行验证系统的稳定性与开发的控制律。此外，进行了仿真，以证实控制律是有效的应用到动态模型。
2020-06-22 cs.SY eess.SY math.OC
Adversarial Reinforcement Learning for Robust Control of Fixed-Wing Aircraft under Model Uncertainty
提出基于鲁棒对抗强化学习的固定翼sUAS路径跟踪控制器，通过对抗者施加速度率有界气动系数扰动提升鲁棒性，并经六自由度高保真仿真验证。
2025-10-18 cs.SY eess.SY math.OC
Pitch Control by LQR for Fixed Wing Aircraft During Microburst Encounter
在这项研究中，一个线性数学模型表示纵向飞行动力学的飞机的发展和响应的飞机在遇到微下击暴流。采用线性二次型调节器控制飞机的升降舵面，试图抑制微下击暴流对飞机的影响。为了说明所提出的控制方法的有效性，进行了大量的仿真研究。仿真结果表明，微下击暴流对俯仰角和高度的影响被所提出的控制方法显著衰减。此外，确认提供必要的控制器输入的升降舵操纵面运动在飞机的物理能力范围内。
2020-06-17 cs.SY eess.SY math.OC
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
A DoE-based approach for the implementation of structural surrogate models in the early stage design of box-wing aircraft
在不限制航空运输增长的情况下，应对减少航空对环境影响的挑战的可能方法之一是引入更高效、完全不同的飞机架构。其中，箱形翼飞机代表了一个有前途的解决方案，至少在其应用于中短程飞机的情况下，根据H2020项目“PARSIFAL”的成就，这将使每英里二氧化碳排放量减少20%。本文件面临的问题，估计这样一个破坏性的配置在设计的早期阶段的结构质量，强调在这种能力的文献提供的方法的局限性，并提出了一个基于DOE的方法来定义代理模型适合于这样的目的。从项目“PARSIFAL”的测试案例被用于该方法的第一个概念，从有限元模型参数化开始，然后是有限元结果数据库的构建，从而引入回归模型并在优化框架中实现它们。所取得的结果进行了调查，以验证机翼尺寸和优化程序。最后，简要介绍了一个附加的试验案例，该案例是在意大利研究项目“PROSIB”中将箱形翼布局应用于支线飞机类别而得到的，以进一步评估所提出方法的能力。
2021-07-20 cs.SY eess.SY stat.AP
Modeling Unsteady Aircraft Aerodynamics Using Lorenz Attractor: A Reduced-Order Approach for Wing Rock
Aurora Flight Sciences (A Boeing Company)（奥罗拉飞行科学公司（波音旗下））；The Boeing Company（波音公司）
本文提出利用洛伦兹吸引子框架建模不稳飞机气动特性，通过降阶方法有效捕捉翼岩现象的复杂动态。
2025-11-10 cs.SY eess.SY nlin.CD
Hybrid Planning and Control for Multiple Fixed-Wing Aircraft under Input Constraints
University of Michigan（密歇根大学）
本文提出了一种新型的混合控制协议，用于解决多车辆在控制输入约束下的冲突问题，通过设计状态反馈控制器和状态依赖的切换逻辑，生成无碰撞轨迹并收敛到目标位置，同时保证安全性和避免Zeno行为。
2018-11-13 cs.SY eess.SY
Learning Families of Fixed-Wing Aircraft Control Policies with Hypernetwork-Conditioned Reinforcement Learning
Kevin T. Crofton Department of Aerospace and Ocean Engineering, Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学凯文·T·克罗夫顿航空航天与海洋工程系）
本文提出一种基于强化学习的路径跟随控制器，用于应对无人机飞机构型失效问题，通过超网络实现参数高效适应，提升鲁棒性。
2026-10-14 cs.LG cs.SY eess.SY
Geometric Inverse Flight Dynamics on SO(3) and Application to Tethered Fixed-Wing Aircraft
Robotics and Mechatronics lab, Faculty of Electrical Engineering, Mathematics & Computer Science, University of Twente（代尔夫特理工大学机器人与机电实验室，电气工程、数学与计算机科学学院，代尔夫特理工大学）；Department of Computer, Control and Management Engineering, Sapienza University of Rome（罗马大学计算机、控制与管理工程系，罗马萨皮恩扎大学）
本文提出一种坐标无关的逆飞行动力学方法，用于固定翼飞机在SO(3)上的建模，通过几何定义气动方向，推导轨迹到输入的映射，并应用于 tethered 飞行，揭示了气动协调与重力矢量的解耦。
2026-04-29 cs.RO cs.SY eess.SY
Wing Rock Modeling and Control for Flight-Critical Systems
The Boeing Company（波音公司）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本文针对三角翼飞机低速高迎角下的翼 Rock 现象，建立含洛伦兹双线性动力学的模型，并开展飞行控制设计权衡研究以缓解该现象。
2026-10-14 cs.SY eess.SY
Safety With Limited Range Sensing Constraints For Fixed Wing Aircraft
在本文中，我们讨论了如何使用一个障碍函数，是受运动学约束和有限的传感，以保证固定翼无人机（UAV）将保持安全的距离，尽管受到有限的范围传感约束。先前的工作已经表明，当可以一直感测到状态时，可以使用障碍函数来保证安全的系统操作。然而，在本文中，我们表明，这种结构并不能保证安全时，无人机受到有限的范围感测。为了解决这个问题，我们介绍了一种方法，用于构建一个新的障碍函数，容纳有限的传感范围从以前存在的障碍函数，可能不一定容纳有限的范围感测。我们表明，在适当的条件下，新构造的障碍函数，确保系统的安全性，即使在存在有限的范围感测。我们证明了本文的贡献，在20个固定翼飞机的情况下，由于所提出的算法，车辆能够保持彼此之间的安全距离，即使车辆受到有限的范围感测。
2021-03-09 cs.SY eess.SY
Learning-Based Multi-Stage Strategy for a Fixed-Wing Aircraft to Evade a Missile Detected at a Short Distance
School of Intelligence Science and Engineering, Harbin Institute of Technology Shenzhen（哈尔滨工业大学深圳校区智能科学与工程学院）
本文受瞪羚躲避猎豹的追逃博弈启发，提出一种基于多阶段强化学习的固定翼飞机导弹规避策略，根据距离和方位角动态切换三种策略，在多种条件下使F-16规避成功率最高达85.06%。
2025-11-08 cs.SY eess.SY
Coupled differential-algebraic equations framework for modeling six-degree-of-freedom flight dynamics of asymmetric fixed-wing aircraft
本文提出由35个微分代数方程组成的六自由度固定翼飞机飞行动力学建模框架，支持正逆动力学分析，消除了欧拉角奇异性并放宽了对称性假设，适用于高效准确的仿真。
2024-12-23 cs.SC cs.SY eess.SY
Control Allocation with Adaptive Augmentation for Aerodynamic Optimization of Trailing Edge Morphing Aircraft
German Aerospace Center (DLR), Institute of Flight Systems（德国航空航天中心（DLR）飞行系统研究所）
针对尾缘变体飞行器，提出带自适应增广的控制分配框架，在不确定性下保证稳定，并优化机翼形状以实现椭圆升力分布，数值验证有效。
2026-10-02 cs.SY eess.SY math.OC
Gone with the Wind: Nonlinear Guidance for Small Fixed-Wing Aircrafts in Arbitrarily Strong Windfields
University of Bologna（博洛尼亚大学）；Swiss Federal Institute of Technology (ETH Zürich)（苏黎世联邦理工学院）
本文提出了一种非线性引导策略，用于小固定翼无人机在强风场中的稳定飞行，通过非holonomic unicycle-like车辆的高层控制方法，确保在强流场中达到安全稳定的车辆配置，同时保持对目标路径的跟踪性能。
2017-02-26 cs.SY eess.SY
Integrated guidance and control framework for the waypoint navigation of a miniature aircraft with highly coupled longitudinal and lateral dynamics
Singapore University of Technology and Design（新加坡科技设计大学）；Indian Institute of Science（印度科学学院）
针对固定翼微型飞行器（MAV）的航路点导航问题，提出了一种基于综合制导与控制（IGC）的解决方案。IGC产生一个单步的解决方案的航路点导航问题，不同于传统的多回路设计。将纯比例导引（PPN）制导律与微型飞行器动力学相结合。针对IGC框架下的线性状态空间模型，设计了多变量静态输出反馈控制器。航路点导航算法解决了微型飞行器最小转弯半径的约束问题。该算法还评估到达航路点的可行性。在高精度150 mm翼展微型飞行器模型上进行了大量的非线性仿真，以验证所提出的航路点导航算法的潜在优势。
2019-11-04 cs.RO cs.SY eess.SY
Mode transition control of large-size tiltrotor aircraft
本文针对民用大型倾转旋翼机，提出一种新型概念及数学模型，采用PID控制及次级回路实现过渡模式控制，在MATLAB仿真中14秒内完成过渡且高度变化小于10米，并讨论了假设与推力不连续性问题。
2024-11-11 cs.SY eess.SY
Flight Trajectory Planning for Fixed-Wing Aircraft in Loss of Thrust Emergencies
Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院）
本文提出了一种动态数据驱动的航空电子软件方法，用于在飞机受损时生成安全着陆轨迹，并通过案例研究验证了其有效性。
2017-10-31 cs.SY eess.SY
Dynamic System Emulation: Fixed Wing Dynamics on a Multicopter
Aarhus University（奥胡斯大学）
本文提出一种控制框架，利用双轴云台多旋翼模拟固定翼飞行动力学，通过动态反馈线性化实现高保真仿真，为训练与自主研究提供实用平台。
2026-09-09 cs.RO cs.SY eess.SY
Adaptive Nonlinear Control of Fixed-Wing VTOL with Airflow Vector Sensing
California Institute of Technology（加州理工学院）；AeroVironment, Inc.（航空环境公司）
固定翼垂直起降（VTOL）飞机提出了一个独特的控制挑战，源于机翼和旋翼之间复杂的空气动力学相互作用。因此，精确估计外力对于实现高性能飞行是必不可少的。本文提出了一种固定翼垂直起落飞机的复合自适应非线性跟踪控制器。该方法采用线性力模型的在线自适应，并根据来自三维气流传感器的信息实时生成对机翼和转子力的准确估计。该控制器是在一个定制的固定翼垂直起降飞机上实现的，与基线飞行控制器相比，该控制器在从悬停到向前飞行的过渡阶段显示出改进的速度跟踪和力预测。
2020-03-17 cs.RO cs.SY eess.SY
Safe Learning-Based Adaptive Augmentation Control for Fixed-Wing UAV under Uncertainty
German Aerospace Center (DLR), Institute of Flight Systems（德国航空航天中心）；CRAN, CNRS, Universite de Lorraine（洛林大学）
本文提出一种基于强化学习的自适应增广控制方法，结合域随机化、安全滤波器和扰动观测器，补偿固定翼无人机系统中的匹配不确定性，并避免增广与安全滤波器的交互问题。
2026-09-25 cs.SY eess.SY
Modeling and control of an agile tail-sitter aircraft
Monash University（莫纳什大学）；Nankai University（南开大学）
本文提出了一种可作直升机和固定翼飞行的敏捷尾翼式飞行器模型，分析了共轴反向旋转推进器的气动特性，并设计了基于有限时间收敛观测器的控制器以实现模式转换。
2015-07-22 cs.SY eess.SY
Full-Envelope Flight Control for Compound Vertical Takeoff and Landing Aircraft
本文提出一种适用于复合VTOL飞行器的全包线非线性几何控制律，无需切换策略，并通过硬件在环仿真和飞行实验验证了其有效性。
2024-05-27 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
Nonlinear Incremental Control for Flexible Aircraft Trajectory Tracking and Load Alleviation
提出了一种柔性飞行器同时进行轨迹跟踪和载荷减缓的非线性控制结构。通过利用控制冗余，阵风和机动载荷减轻而不降低刚体指令跟踪性能。所提出的控制结构包含四个级联的控制回路：位置控制，飞行路径控制，姿态控制和最优多目标机翼控制。由于位置运动学不受模型不确定性的影响，非线性动态逆控制应用。相反，飞行轨迹动力学受到模型不确定性和大气扰动的影响，因此采用增量式滑模控制。基于李雅普诺夫的分析表明，该方法可以同时减少传统的滑模控制方法的模型依赖性和最小可能的增益。此外，姿态动力学是严格反馈形式的，因此采用增量反推滑模控制。此外，一个新的负载参考发生器的设计，以区分必要的负载执行机动从过量的负载。载荷参考由内环最优机翼控制器实现，而过量载荷由襟翼自然化而不影响外环跟踪性能。在空间冯卡门湍流场中的轨迹跟踪任务和阵风载荷减缓任务验证了所提出的控制结构的优点。
2021-01-03 cs.SY eess.SY
Performance evaluation of gust load alleviation systems for flexible aircraft via optimal control
飞机在阵风扰动下的动态响应是初步设计阶段的一个关键因素。特别是，沿机翼的阵风引起的载荷不应超过某些极限值，甚至理想地应减小。主动控制是解决这个问题的一个杠杆。然而，评估的好处，主动控制可能会带来考虑一些执行器的特性或在回路中的一些延迟是一项艰巨的任务，特别是在早期的设计阶段。这个问题是解决在本文中的开环最优控制框架，更具体地说，在一个线性优化问题的直接转录方法。一个现实的气动弹性飞机模型与耦合的流体-结构求解器，其阶数减少，以减少优化变量的数量上说明了这种方法。
2021-07-02 cs.SY eess.SY
Control of a Rigid Wing Pumping Airborne Wind Energy System in all Operational Phases
介绍了一种具有刚性飞行器、垂直起降和抽水作业的机载风能系统的控制设计。实施分级控制结构，以便解决所有操作阶段：起飞、过渡到发电、泵送能量产生周期、过渡到悬停和着陆。在所有层次的控制设计进行了说明。设计方法的构思和开发与现实世界的适用性作为主要驱动力。根据系统机动性的飞机设计考虑，以及三个可能的替代战略的收缩阶段的泵循环。自动控制的方法进行评估，在模拟与现实的模型的整个系统，结果产生的三个收缩策略之间的比较，清楚地表明最有效的一个。所呈现的结果允许人们模拟AWE系统在所有操作阶段的动态行为，从而能够进一步研究全方位的系统自动化，实现完全自主和可靠的操作。
2020-06-19 cs.SY eess.SY math.OC
Longitudinal dynamic modelling and control for a quad-tilt rotor UAV
针对四倾转旋翼UAV在悬停与向前飞行模式转换中的控制难题，本文设计了带数字滤波器和数据保持功能的数字PID控制器，并通过MATLAB仿真验证了其在三个自由度上的完全稳定性。
2024-11-12 cs.SY eess.SY
Stochastic High Fidelity Simulation and Scenarios for Testing of Fixed Wing Autonomous GNSS-Denied Navigation Algorithms
Polytechnic University of Madrid（马德里理工大学）；Boeing Research & Technology Europe (BR&TE)（波音欧洲研究与技术部）
自主式无人飞行器（UAV）惯性导航表现出对全球导航卫星系统（GNSS）信号的可用性的极端依赖性，没有GNSS信号，它会引起缓慢但不可避免的位置漂移，如果GNSS信号没有恢复或飞行器没有到达可以通过遥控恢复的位置，则可能最终导致平台丢失。本文描述了一种固定翼低SWaP（尺寸、重量和功率）自主无人机在湍流和变化天气中的随机高保真度飞行仿真，旨在测试和验证不同导航算法的GNSS拒绝性能。它的开源\nm{\CC}实现已经发布并公开提供。机载传感器包括加速度计、陀螺仪、磁力计、皮托管、大气数据系统、GNSS接收器和数码相机，因此仿真对惯性、视觉和视觉惯性导航系统有效。考虑了涉及全球导航卫星系统信号丢失的两种情况：第一种情况是在经历不同天气的情况下中止飞行任务并前往远程恢复地点所涉及的挑战，第二种情况是根据一系列紧密间隔的方位变化继续飞行任务。所有的模拟模块都尽可能少地进行简化，以增加结果的真实性。虽然飞机性能及其控制系统的实现是确定性的，但所有其他模块，包括任务、传感器、天气、风、湍流和初始估计，都是完全随机的。这使得每个建议的导航系统的强大的评估，通过蒙特卡洛模拟，依赖于大量的执行这两种情况。
2021-12-01 cs.RO cs.SY eess.SY
Circular formation control of fixed-wing UAVs with constant speeds
University of Toulouse（图卢兹大学）；Australian National University（澳大利亚国立大学）
本文提出了一种稳定固定翼无人机恒速圆形成形的算法，通过跟踪不同半径的圆来控制车辆相对于目标圆周的相位，确保团队在特定区域内保持约束。
2017-03-22 cs.RO cs.SY eess.SY
Taming the Tilt: A Unified Pilot Control Concept for Transformational eVTOL Aircraft
Institute of Flight Systems, German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心飞行系统研究所）；TUM School of Engineering and Design, Technical University of Munich (TUM)（慕尼黑工业大学工程与设计学院）
针对变革型eVTOL飞行器多阶段飞行的控制挑战，提出一种带触觉反馈的统一飞行员控制概念，经仿真验证可减少操纵杆活动且不显著增加任务时长。
2026-08-21 cs.SY eess.SY math.OC
Incremental Control and Guidance of Hybrid Aircraft Applied to a Tailsitter UAV
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；ENAC, MAIAA, University of Toulouse（法国图卢兹大学）
本文提出了一种增量非线性动态逆控制方法，用于混合式飞行器的姿态和位置控制，实现了一个连续的控制器，能够跨飞行包线跟踪飞行器的期望加速度，并在尾旋无人机上进行了多场户外实验验证。
2019-09-25 cs.RO cs.SY eess.SY
UAS Simulator for Modeling, Analysis and Control in Free Flight and Physical Interaction
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
本文提出ARCAD仿真器，支持多旋翼、固定翼及VTOL等多种UAS的建模、控制设计与自由飞行及物理交互仿真，以MATLAB实现快速原型与可视化，并已用于实际应用。
2023-04-08 cs.RO cs.SY eess.SY
Automatic Real-time Anomaly Detection for Autonomous Aerial Vehicles
Robotics Institute, Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学机器人研究所）
最近，飞行器的使用增加，引起了人们对自主操作的安全性和可靠性的担忧。越来越需要一种方法来监控这些飞机的状态，并向安全驾驶员或自动驾驶仪报告任何故障和异常，以应对紧急情况。在本文中，我们提出了一个实时的方法，使用递归最小二乘法检测异常的行为的飞机。该方法在线建模相关输入输出对之间的关系，并使用该模型来检测异常。其结果是一种易于部署的异常检测方法，该方法不假设特定的飞机模型，并且可以检测各种自主飞机中的多种类型的故障和异常。对22次以上的飞行试验结果表明，该方法的准确率为88.23%，召回率为88.23%，准确率为86.36%。另一个贡献是为自动驾驶飞机提供了一个新的故障检测开放数据集，其中包含22个固定翼飞行的完整数据和地面实况，其中有8种不同类型的飞行中执行器故障，以帮助未来的飞机故障检测研究。源代码和数据集可以从https://theairlab.org/fault-detection/访问。
2020-11-03 cs.RO cs.SY eess.SY
Mathematical modeling and control of a tilt-rotor aircraft
Monash University（莫纳什大学）；Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）
本文提出一种新型大尺寸倾转旋翼飞机模型，通过叶素法分析气动特性，设计有限时间收敛观测器估计不确定性，并提出切换逻辑控制器保持飞行高度不变。
2015-06-02 cs.SY eess.SY
Safe and Scalable Real-Time Trajectory Planning Framework for Urban Air Mobility
George Washington University（乔治华盛顿大学）
本文提出一个用于城市空中交通的实时轨迹规划框架，采用分散式自由飞行概念，结合数据驱动可达性分析与基于MDP的决策器，并通过奖励塑形和动作屏蔽增强安全性，仿真验证了其安全性和可扩展性。
2023-06-20 cs.RO cs.SY eess.SY
Attitude Control of Highly Maneuverable Aircraft Using an Improved Q-learning
研究了一种新型低稳定性区域桁架支撑翼飞机的姿态控制问题。近年来，RL越来越多地应用于具有挑战性的应用，特别是自主飞行控制。然而，离散强化学习算法面临的一个重要困境是状态-动作表的维度限制和强化学习环境元素的定义困难。为了解决这些问题，在本文中，所提到的飞机的详细的数学模型，首先开发的RL环境的形状。随后，Q学习，最流行的离散RL算法将在马尔可夫决策过程（MDP）和部分可观察马尔可夫决策过程（POMDP）框架中实现，以控制飞行器的纵向模式。为了消除残留的波动，是离散的行动选择的结果，并同时跟踪可变桨距角，模糊动作分配（FAA）方法提出了使用训练的Q表产生连续的控制命令。因此，它将被证明，通过定义一个准确的回报函数，以及观察所有的关键状态，所介绍的控制系统的性能超过了一个良好的调整PID控制器。
2022-10-22 cs.SY eess.SY
Distributed Oscillatory Guidance for Formation Flight of Fixed-Wing Drones
Department of Computer Engineering, Automation, and Robotics, and with IMAG（计算机工程、自动化与机器人系，以及IMAG）；University of Granada（Granada大学）
针对固定翼无人机速度受限下的编队飞行问题，提出一种无需速度驱动的分布式振荡引导算法，通过叠加振荡控制平均速度并利用非负非对称饱和函数实现一致性协调，经仿真与实飞验证。
2025-07-22 cs.RO cs.SY eess.SY
Applicability and Surrogacy of Uncorrelated Airspace Encounter Models at Low Altitudes
MIT Lincoln Laboratory（麻省理工学院林肯实验室）
国家空域系统（NAS）是一个复杂的和不断发展的系统，使安全和高效的航空。先进的空中机动概念和新的空域进入者，如无人驾驶飞机，必须在不降低整体安全性或效率的情况下集成到NAS中。例如，需要法规、标准和系统来减轻飞机之间空中碰撞的风险。几十年来，蒙特卡罗模拟一直是开发、评估和验证飞机冲突避免系统的基础能力。这些通常通过人在回路实验和飞行测试来验证。对于许多航空安全研究，有人驾驶飞机的行为表示使用动态贝叶斯网络。最初的统计模型是在2008年至2013年期间开发的，用于支持高于地面500英尺（AGL）高度的安全模拟。然而，这些模型不足以评估AGL低于500英尺的小型UAS操作的安全性。作为回应，自2018年以来一直在开发海拔低于500英尺AGL的新型号。许多模型假设飞机的行为是不相关的，不依赖于空中交通服务或附近的飞机。我们的研究目标是比较传统飞机的各种不相关模型并确定模型的差异。特别是如果旋翼飞机的型号与固定翼飞机的型号有很大的不同，需要特定型号。主要的贡献是指导不相关的模型，以利用时，评估的防撞系统的性能设计用于低空操作。我们还解决哪些模型可以替代不合作的飞机没有转发器。
2021-05-27 cs.LG cs.SY eess.SY
Deep Reinforcement Learning based Control Design for Aircraft Recovery from Loss-of-Control Scenario
Indian Institute of Technology Madras（印度理工学院马德拉斯分校）；Jadavpur University（贾达普大学）
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
On the Take-off of Airborne Wind Energy Systems Based on Rigid Wings
ABB Switzerland Ltd.（瑞士ABB有限公司）
本文研究了 tethered 飞机用于空中风能发电的起降问题，比较了三种起降方法的可行性，并通过数值模拟验证了最可行的线性起降结合机载螺旋桨方案。
2015-10-22 cs.SY eess.SY math.OC
Barrier Function Overrides For Non-Convex Fixed Wing Flight Control and Self-Driving Cars
Georgia Tech Research Institute（佐治亚理工学院研究 institute）；College of Computing at the Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院计算机学院）
本文针对固定翼飞机和自动驾驶汽车两类非凸系统，提出离散时间下的新型屏障函数覆盖方法，并通过近似求解在零安全违规下实现与基线强化学习相当的性能。
2025-05-08 cs.RO cs.SY eess.SY
Systems Theoretic Process Analysis of a Run Time Assured Neural Network Control System
本研究考虑了使用神经网络控制系统（NNCS）的深度强化学习（RL）战术自动驾驶仪的安全约束识别和运行时间保证（RTA）问题。该研究研究了NNCS执行自主编队飞行的特定用例，同时RTA系统提供碰撞避免和地理围栏保证。首先，应用系统理论事故模型和过程（STAMP）来识别事故、危险和安全约束，并定义地面站、有人驾驶飞行引导和代理无人驾驶僚机的功能控制系统框图。然后，系统理论过程分析（STPA）应用于地面站，有人驾驶飞行的领导，代理无人驾驶僚机，和僚机的内部元素的相互作用，以确定不安全的控制动作，导致每个场景，和安全要求，以减轻风险。本研究首次将STAMP和STPA应用于由RTA约束的NNCS。
2022-11-09 cs.SY eess.SY
Canonical Form of Lyapunov Second Method in Mathematical Modelling and Control Design
本文的目的是把标准李雅普诺夫函数（CLF）、标准化同构（CD）和动力系统的标准形（CFDS）作为推广李雅普诺夫第二方法的基础，并将其应用于数学建模和控制设计。我们展示了如何共生的想法亨利庞加莱和尼古拉Chetaev导致我们CD，CFDS和CLF。我们的方法成功地转化为数学建模和控制设计的特殊两个角度同步纵向机动的推力矢量飞机。本文研究了翼身坐标系下推力矢量飞机纵向飞行动力学的五维非线性数学模型，该模型具有两个控制量，即水平安定面角偏转和涡轮喷气发动机喷管角偏转。设计了广义鲁棒稳定的大跟踪控制律。其核心是嵌入在飞机纵向运动数学模型的扩展相空间中的两个控制吸引子-中介子和两个控制终端吸引子的分层级联。详细论证了非线性多维数学模型的广义鲁棒跟踪控制器的设计方法，是本文的精髓。
2021-02-02 cs.SY eess.SY
Nonlinear Control Allocation Using A Piecewise Multi-Linear Representation
非线性控制分配是现代非线性动态逆飞行控制系统的重要组成部分，它要求飞机具有高精度的空气动力学模型。一般来说，一个精确实现的机载模型决定了系统的非线性可以被消除的程度。因此，更精确的模型导致更好的抵消，从而导致控制器的更高性能。本文提出了一种新的控制系统，它结合了非线性动态逆和基于分段多线性表示的控制分配。通过对分块矩阵的Kronecker积的一种新的推广，结合非线性函数的规范分段线性表示，得到了分段多线性表示。给出了分段多线性模型雅可比矩阵的解析表达式。建议制定了分段多线性空气动力数据的精确表示，因此能够准确地模拟整个飞行包线的飞机的非线性空气动力学。将所得的非线性控制器应用于具有十个独立操纵面的无尾飞翼飞机的控制。对两种新型控制面构型的仿真结果表明，与普通多项式控制面构型相比，该控制面构型具有更好的跟踪性能。
2022-08-22 cs.SY eess.SY math.OC
