論文の概要: 3D Path-Following Guidance via Nonlinear Model Predictive Control for Fixed-Wing Small UAS

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.24326v1
• Date: Tue, 30 Dec 2025 16:27:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 08:17:40.576087
• Title: 3D Path-Following Guidance via Nonlinear Model Predictive Control for Fixed-Wing Small UAS
• Title（参考訳）: 固定翼小型UASの非線形モデル予測制御による3次元経路追従誘導
• Authors: Camron Alexander Hirst, Chris Reale, Eric Frew,
• Abstract要約: 非線形モデル予測制御(MPC)に基づく2つの新しい3次元経路追従誘導アルゴリズムを提案する。 地上36m/秒での3次元経路追従誘導における非線形MPCの実現可能性と性能について検討した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: This paper presents the design, implementation, and flight test results of two novel 3D path-following guidance algorithms based on nonlinear model predictive control (MPC), with specific application to fixed-wing small uncrewed aircraft systems. To enable MPC, control-augmented modelling and system identification of the RAAVEN small uncrewed aircraft is presented. Two formulations of MPC are then showcased. The first schedules a static reference path rate over the MPC horizon, incentivizing a constant inertial speed. The second, with inspiration from model predictive contouring control, dynamically optimizes for the reference path rate over the controller horizon as the system operates. This allows for a weighted tradeoff between path progression and distance from path, two competing objectives in path-following guidance. Both controllers are formulated to operate over general smooth 3D arc-length parameterized curves. The MPC guidance algorithms are flown over several high-curvature test paths, with comparison to a baseline lookahead guidance law. The results showcase the real-world feasibility and superior performance of nonlinear MPC for 3D path-following guidance at ground speeds up to 36 meters per second.
• Abstract（参考訳）: 本稿では, 非線形モデル予測制御(MPC)に基づく2つの新しい3次元経路追従誘導アルゴリズムの設計, 実装, 飛行試験結果について述べる。 MPCを実現するため、RAAVEN小型無人機の制御強化モデルとシステム識別について述べる。 次に、MPCの2つの定式化が紹介される。 まず、MPC水平線上で静的な参照パスレートをスケジュールし、一定の慣性速度をインセンティブとする。 2つ目は、モデル予測コンチューリング制御からインスピレーションを得て、システムが動作するときのコントローラ水平線上の参照パス率を動的に最適化する。 これにより、パス進行とパスからの距離の重み付けされたトレードオフが可能になり、パス追従誘導において2つの競合する目標が達成される。 両コントローラは、一般的な滑らかな3次元弧長パラメタライズドカーブ上で動作するように定式化されている。 MPC誘導アルゴリズムは、ベースラインのルックアヘッド誘導法と比較して、いくつかの高速な試験経路上を飛んでいる。 その結果,3次元経路追従誘導のための非線形MPCの地上36m/秒における実世界の実現可能性と優れた性能が示された。

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