Parametric optimization in design of small uav flight control systems

Authors

DOI:

https://doi.org/10.18372/2073-4751.86.21275

Keywords:

parametric optimization, penalty function, Luenberger filter, optimal deterministic controller, flight control system, small UAV

Abstract

This paper is devoted to the issues of flight control systems design for small Unmanned Aerial Vehicle (UAV) in the presence of incomplete measurements and stochastic disturbances. To solve this problem the parametric optimization procedure based on the Nelder-Mead method is proposed. With the help of this procedure it is possible to estimate the desired location of poles of the Luenberger filter (used for unmeasured states restoration) and elements of weight matrices that are needed for optimal deterministic controller design. To convert the constrained optimization procedure to unconstrained one it is proposed to include the penalty function into the performance index that is minimized. The efficiency of the proposed parametric optimization procedure in problems of flight control systems design is proved on the model of small UAV with the help of simulation.

References

Klipa A., Sydorenko A. Influence of Number of Measured States on Accuracy and Robustness of Flight Control System. Methods and Systems of Navigation and Motion Control : Proceedings of IEEE 3rd Int. Conf., Kyiv, October 14-17, 2014. / National Aviation University. Kyiv, 2014. P. 125-128.

Кліпа А.М. Особливості синтезу системи керування польотом малого безпілотного літального апарату. Aviation in the XXI-st Century. Safety in Aviation and Space Technologies. Aeronavigation: tendencies and prospects. Control of complex systems : Proceedings of X-th World Congress, Kyiv, September, 28-30, 2022. / National Aviation University. Kyiv, 2022. P. 3.2.11-3.2.14.

Kwakernaak H., Sivan R. Linear Optimal Control Systems. Wiley-Interscience, 1972. 595 p.

Komnatska M., Klipa A., Berezanskyi Y., Kiliian I. On One Approach of Observer-Based Flight Control System Design. Electronics and Control Systems. 2015. №2 (44). P. 33-39.

Klipa A. Luenberger Observer in the Problems of Flight Control Systems Design. Проблеми розвитку глобальної системи зв’язку, навігації, спостереження та організації повітряного руху CNS/ATM: тези доп. Наук. техн. конф., м. Київ, 21-23 листопада 2016 р. / Національний авіаційний університет. Київ. 2016. С. 105.

McLean D. Automatic Flight Control Systems, Englewood: Prentice Hall Inc., 1990. 593 p.

Galaguz T. Comparison of UAV Control Systems Designed by Means of Kalman Filter and Luenberger Observer. Actual Problems of Unmanned Air Vehicles Developments (APUAVD) : Proceedings of IEEE 2nd Int. Conf., Kyiv, October 15-17, 2013. / National Aviation University. Kyiv, 2013. P. 165-168.

Кліпа А.М. Параметрична оптимізація при синтезі систем управління польотом легких безпілотних літальних апаратів. Сучасні технології розвитку комп’ютеризованих систем керування рухом: тези доп. Наук.-техн. конф., м. Київ, 21-22 листопада 2022 р. / Національний авіаційний університет. Київ, 2022. С. 42-44.

Абрамович О.О., Білак Н.В., Кліпа А.М. Робастна оптимізація високонадійних систем автоматичного управління. Зв’язок. 2024. №4 (170). С. 58-64. URL: https://doi.org/10.31673/2412-9070.2024.045864.

Тунік А.А., Абрамович О.О. Основи сучасної теорії управління : навч. посібник. К. : НАУ-друк, 2010. – 260 с.

Андруник В.А., Висоцька В.А., Пасічник В.В., Чирун Л.Б., Чирун Л.В. Чисельні методи в комп’ютерних науках. Том 2 : навч. посібник. Львів : «Новий Світ - 2000», 2018. 805 с.

Tunik A., Ryu H., Lee H. Parametric Optimization Procedure for Robust Flight Control System Design. KSAS Int. Journal. 2001. Vol. 2, no 2. P. 95-107.

Optimal Control Systems for Aircraft and Moving Vehicles: Guide to Laboratory Work for higher education seekers / compilers: A. Klipa, O. Abramovych, N. Bilak. K. : NAU, 2024. 52 p.

Published

2026-05-30

How to Cite

Klipa, A., Abramovych, O., Bilak, N., & Ermolaeva, O. (2026). Parametric optimization in design of small uav flight control systems. Problems of Informatization and Control, 2(86), 69–74. https://doi.org/10.18372/2073-4751.86.21275

Issue

Section

Статті