論文の概要: RouthSearch: Inferring PID Parameter Specification for Flight Control Program by Coordinate Search

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.02357v1
• Date: Mon, 05 May 2025 04:38:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-06 18:49:35.557671
• Title: RouthSearch: Inferring PID Parameter Specification for Flight Control Program by Coordinate Search
• Title（参考訳）: RouthSearch: 協調探索による飛行制御プログラムのPIDパラメータの推測
• Authors: Siao Wang, Zhen Dong, Hui Li, Liwei Shen, Xin Peng, Dongdong She,
• Abstract要約: 飛行制御プログラムは、UAV飛行行動を管理するために、ユーザ設定可能なP、Integral(I)パラメータ、デリバティブ(D)パラメータを備えたPID制御モジュールを使用する。 ユーザはPIDパラメータを誤って設定し、期待されるパスからの逸脱、コントロールの喪失、クラッシュなどの危険な状態を引き起こす。 これまではファジングのようなランダムなテストが用いられていたが、これらはPIDパラメータの3次元探索空間では有効ではない。 RouthSearchは原則として3次元PIDパラメータの有効範囲を決定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.987955399878139
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Flight control programs use PID control modules with user-configurable Proportional (P), Integral (I), and Derivative (D) parameters to manage UAV flying behaviors. Users can adjust these PID parameters during flight. However, flight control programs lack sufficient safety checks on user-provided PID parameters, leading to a severe UAV vulnerability - the input validation bug. This occurs when a user misconfigures PID parameters, causing dangerous states like deviation from the expected path, loss of control, or crash. Prior works use random testing like fuzzing, but these are not effective in the three-dimensional search space of PID parameters. The expensive dynamic execution of UAV tests further hinders random testing performance. We address PID parameter misconfiguration by combining the Routh-Hurwitz stability criterion with coordinate search, introducing RouthSearch. Instead of ad-hoc identification, RouthSearch principledly determines valid ranges for three-dimensional PID parameters. We first leverage the Routh-Hurwitz Criterion to identify a theoretical PID parameter boundary, then refine it using efficient coordinate search. The determined valid range can filter misconfigured PID parameters from users during flight and help discover logical bugs in flight control programs. We evaluated RouthSearch across eight flight modes in PX4 and Ardupilot. Results show RouthSearch determines valid ranges with 92.0% accuracy compared to ground truth. RouthSearch discovers 3,853 PID misconfigurations within 48 hours, while the STOA work PGFuzz discovers only 449 sets, significantly outperforming prior works by 8.58 times. Our method also helped detect three bugs in ArduPilot and PX4.
• Abstract（参考訳）: 飛行制御プログラムは、UAV飛行行動を管理するために、ユーザ設定可能なP、Integral(I)パラメータ、デリバティブ(D)パラメータを備えたPID制御モジュールを使用する。 飛行中にこれらのPIDパラメータを調整することができる。 しかし、飛行制御プログラムは、ユーザが提供するPIDパラメータの十分な安全性チェックを欠いているため、深刻なUAV脆弱性(入力検証バグ)が発生する。 これは、ユーザがPIDパラメータを誤って設定し、期待されるパスからの逸脱、制御の喪失、クラッシュなどの危険な状態を引き起こす場合に発生する。 これまではファジングのようなランダムなテストが用いられていたが、これらはPIDパラメータの3次元探索空間では有効ではない。 UAVテストの高価な動的実行は、さらにランダムなテスト性能を妨げる。 本稿では、ルース・ハーウィッツ安定性基準と座標探索を組み合わせ、ルース探索を導入することで、PIDパラメータの誤設定に対処する。 RouthSearchはアドホック識別の代わりに、3次元PIDパラメータの有効範囲を原則として決定する。 まず、ルース・フルヴィッツ基準を利用して理論的なPIDパラメータ境界を同定し、効率的な座標探索を用いて洗練する。 決定された有効範囲は、飛行中にユーザから誤って設定されたPIDパラメータをフィルタリングし、飛行制御プログラムにおける論理的なバグを発見するのに役立つ。 PX4とArdupilotの8つの飛行モードにおけるルースサーチの評価を行った。 結果から、RourthSearchは92.0%の精度で有効範囲を決定する。 RouthSearchは48時間以内に3,853個のPIDの誤設定を発見したが、STOAのPGFuzzは449個のセットしか発見せず、前作よりも8.58倍も優れていた。 また,ArduPilotとPX4の3つのバグの検出にも役立った。

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