固定翼小型UASのための非線形モデル予測制御による3次元経路追従誘導

- 固定翼 small UAS 向けの 3D path-following guidance アルゴリズムを 2 種類提案する論文 - いずれも nonlinear model predictive control (MPC) に基づく - 設計・実装・flight test 結果まで含む - 対象機体は RAAVEN small uncrewed aircraft - 滑らかな 3D arc-length parameterized curve 上での path-following を扱う - 地上速度最大 36 m/s での実飛行検証を含む

- 従来の baseline lookahead guidance law と比較して優位な性能を実飛行で示す - 高曲率の test path 上での比較を実施 - MPC を固定翼 small UAS の 3D path-following に実機適用した点が特徴 - 2 つの定式化を提示 - 静的 reference path rate を horizon 上でスケジュールする方式 - model predictive contouring control に着想を得て path rate を動的最適化する方式 - 後者により path progression と path からの距離のトレードオフを重み付きで調整可能

- control-augmented modelling と system identification により RAAVEN のモデルを構築し MPC を可能にする - MPC 第 1 方式 - MPC horizon 上で静的 reference path rate をスケジュール - 一定の inertial speed を促す - MPC 第 2 方式 - model predictive contouring control に着想 - controller horizon 上で reference path rate を動的に最適化 - path progression と path からの距離の重み付きトレードオフを実現 - 両 controller は一般的な滑らかな 3D arc-length parameterized curve 上で動作するよう定式化

- RAAVEN small uncrewed aircraft を用いた flight test で検証 - 複数の高曲率 test path 上で飛行 - baseline lookahead guidance law との比較を実施 - 地上速度最大 36 m/s での実世界での実現可能性と優位な性能を示す - 詳細な評価指標や試行回数は要旨からは不明

- 高曲率 path における MPC の実機有効性と baseline に対する優位性を主張 - path progression と path からの距離という競合目的のトレードオフを扱える点を議論 - 計算負荷、real-time 性、チューニング、失敗事例などの詳細は要旨からは不明 - 一般の滑らかな 3D curve への適用性を述べるが、非滑らか曲線や制約下の挙動は要旨からは不明

- baseline として比較された lookahead guidance law に関する文献 - model predictive contouring control の原論文・関連研究 - nonlinear MPC を用いた fixed-wing UAS の path-following に関する先行研究 - RAAVEN small uncrewed aircraft の system identification 関連文献 - 3D arc-length parameterized curve を用いた path-following guidance の関連研究