論文の概要: Robust Co-design Optimisation for Agile Fixed-Wing UAVs

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.11130v1
• Date: Wed, 11 Mar 2026 15:56:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-21 18:33:56.695112
• Title: Robust Co-design Optimisation for Agile Fixed-Wing UAVs
• Title（参考訳）: アジャイル固定翼UAVのロバストな共同設計最適化
• Abstract要約: 自律システムの共同設計は、シーケンシャルなアプローチの強力な代替手段として現れてきた。 我々は、アジャイルの固定翼UAVのための堅牢な共同設計フレームワークを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.359986669039879
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Co-design optimisation of autonomous systems has emerged as a powerful alternative to sequential approaches by jointly optimising physical design and control strategies. However, existing frameworks often neglect the robustness required for autonomous systems navigating unstructured, real-world environments. For agile Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) operating at the edge of the flight envelope, this lack of robustness yields designs that are sensitive to perturbations and model mismatch. To address this, we propose a robust co-design framework for agile fixed-wing UAVs that integrates parametric uncertainty and wind disturbances directly into the concurrent optimisation process. Our bi-level approach optimises physical design in a high-level loop while discovering nominal solutions via a constrained trajectory planner and evaluating performance across a stochastic Monte Carlo ensemble using feedback LQR control. Validated across three agile flight missions, our strategy consistently outperforms deterministic baselines. The results demonstrate that our robust co-design strategy inherently tailors aerodynamic features, such as wing placement and aspect ratio, to achieve an optimal trade-off between mission performance and disturbance rejection.
• Abstract（参考訳）: 自律システムの協調設計最適化は、物理的設計と制御戦略を共同で最適化することで、シーケンシャルなアプローチの強力な代替手段として現れてきた。 しかしながら、既存のフレームワークは、非構造化の現実世界環境をナビゲートする自律システムに必要な堅牢性を無視していることが多い。 飛行エンベロープの端で作動する無人航空機(UAV)にとって、この頑丈さの欠如は摂動やモデルミスマッチに敏感な設計をもたらす。 これを解決するために,パラメトリック不確実性や風乱を並列最適化プロセスに直接組み込む,アジャイル固定翼UAVのためのロバストな協調設計フレームワークを提案する。 両レベルのアプローチは,制約付き軌道プランナによる名目的解の発見と,フィードバックLQR制御を用いた確率的モンテカルロアンサンブルにおける性能評価を行いながら,高レベルのループにおける物理設計を最適化する。 3つのアジャイル飛行ミッションで検証された私たちの戦略は、決定論的ベースラインを一貫して上回ります。 その結果、我々のロバストな共同設計戦略は、主翼配置やアスペクト比などの空力特性を本質的に調整し、ミッション性能と外乱拒絶の最適トレードオフを実現することを実証した。

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