論文の概要: Transformer-Based Fault-Tolerant Control for Fixed-Wing UAVs Using Knowledge Distillation and In-Context Adaptation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.02975v1
• Date: Tue, 05 Nov 2024 10:24:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-06 14:58:07.222476
• Title: Transformer-Based Fault-Tolerant Control for Fixed-Wing UAVs Using Knowledge Distillation and In-Context Adaptation
• Title（参考訳）: 知識蒸留と文脈適応を用いた固定翼UAVの変圧器型耐故障制御
• Authors: Francisco Giral, Ignacio Gómez, Ricardo Vinuesa, Soledad Le-Clainche,
• Abstract要約: 本研究では, 固定翼無人航空機(UAV)の耐故障性制御のための変圧器を用いたアプローチを提案する。 提案手法は,変換器の学習機構と注意機構を用いて,外部ループ参照値を制御コマンドに直接マッピングする。 実験結果から, トランスフォーマーをベースとした制御器は, 業界標準SFSおよび最先端強化学習法(RL)よりも優れた性能を示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.1498833540989413
• License:
• Abstract: This study presents a transformer-based approach for fault-tolerant control in fixed-wing Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), designed to adapt in real time to dynamic changes caused by structural damage or actuator failures. Unlike traditional Flight Control Systems (FCSs) that rely on classical control theory and struggle under severe alterations in dynamics, our method directly maps outer-loop reference values -- altitude, heading, and airspeed -- into control commands using the in-context learning and attention mechanisms of transformers, thus bypassing inner-loop controllers and fault-detection layers. Employing a teacher-student knowledge distillation framework, the proposed approach trains a student agent with partial observations by transferring knowledge from a privileged expert agent with full observability, enabling robust performance across diverse failure scenarios. Experimental results demonstrate that our transformer-based controller outperforms industry-standard FCS and state-of-the-art reinforcement learning (RL) methods, maintaining high tracking accuracy and stability in nominal conditions and extreme failure cases, highlighting its potential for enhancing UAV operational safety and reliability.
• Abstract（参考訳）: 本研究では, 固定翼無人航空機(UAV)における耐故障性制御のためのトランスフォーマー方式を提案する。 従来の制御理論に依存する従来の飛行制御システム(FCS)とは異なり、我々の手法は外ループ基準値(高度、進路、飛行速度)を直接制御コマンドにマッピングし、インナーループ制御器と故障検出器をバイパスする。 提案手法は,教師による知識蒸留の枠組みを用いて,有能な専門家エージェントから知識をフルオブザーバビリティで伝達することにより,学生エージェントに部分的な観察を訓練し,多様な障害シナリオにおける堅牢なパフォーマンスを実現する。 実験により, トランスフォーマーを用いた制御器は, 業界標準のFCS法と最先端強化学習法(RL)法より優れ, 名目条件や極端な故障事例の追跡精度と安定性を維持し, UAVの安全性と信頼性を高める可能性を強調した。

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