Published February 10, 2023
| Version v1
Publication
Open
Flight Dynamics Modeling with Multi-Model Estimation Techniques: A Consolidated Framework
- 1. National University of Sciences and Technology
- 2. Air University
- 3. Institute for High Performance Computing and Networking
- 4. National Research Council
Description
Abstract In modern era of aviation technology evolution, unmanned aerial vehicles have proved to be crucial in all fields including military and research. The development of robust control system and successful mission accomplishment requires an meticulous UAV model. The aim of this paper is to lay out an elaborate model estimation scheme using various model structure techniques including Auto-regressive Exogenous, Auto-regressive Moving Average exogenous, Box Jenkin's, Output Error, and state space and non-linear Auto-regressive Exogenous. The obtained models are then analyzed and compared for best model quality parameters like residual analysis, final prediction error and fit percentages. The efficacy of developed model through proposed model is further validated using simulations data for UAV. Results demonstrate the model's feasibility as it properly predicts system performance over a broad variety of operating situations. To the best of our knowledge, this is the first time in the literature that a model estimation study for UAV platform with such a wide variety of model structures has been presented.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
في العصر الحديث لتطور تكنولوجيا الطيران، أثبتت المركبات الجوية غير المأهولة أنها حاسمة في جميع المجالات بما في ذلك العسكرية والبحثية. يتطلب تطوير نظام تحكم قوي وإنجاز المهمة بنجاح نموذجًا دقيقًا للطائرات بدون طيار. الهدف من هذه الورقة هو وضع مخطط تقدير نموذجي مفصل باستخدام تقنيات هيكلية نموذجية مختلفة بما في ذلك المتوسطات المتحركة الخارجية الانتكاسية التلقائية والمتوسطات المتحركة الانتكاسية التلقائية الخارجية و Box Jenkin's و Output Error ومساحة الحالة والمتوسطات الخارجية الانتكاسية التلقائية غير الخطية. ثم يتم تحليل النماذج التي تم الحصول عليها ومقارنتها بأفضل معايير جودة النموذج مثل التحليل المتبقي وخطأ التنبؤ النهائي ونسب الملاءمة. يتم التحقق من فعالية النموذج المطور من خلال النموذج المقترح باستخدام بيانات المحاكاة للطائرات بدون طيار. تُظهر النتائج جدوى النموذج لأنه يتنبأ بشكل صحيح بأداء النظام عبر مجموعة واسعة من حالات التشغيل. على حد علمنا، هذه هي المرة الأولى في الأدبيات التي يتم فيها تقديم دراسة تقدير نموذجية لمنصة الطائرات بدون طيار مع مجموعة واسعة من هياكل النماذج.Translated Description (French)
Résumé À l'ère moderne de l'évolution de la technologie aéronautique, les véhicules aériens sans pilote se sont révélés cruciaux dans tous les domaines, y compris l'armée et la recherche. Le développement d'un système de contrôle robuste et la réussite de l'accomplissement de la mission nécessitent un modèle de drone méticuleux. Le but de cet article est de présenter un schéma d'estimation de modèle élaboré à l'aide de diverses techniques de structure de modèle, y compris l'auto-régressif exogène, l'auto-régressif moyen mobile exogène, la boîte de Jenkin, l'erreur de sortie, l'espace d'état et l'auto-régressif exogène non linéaire. Les modèles obtenus sont ensuite analysés et comparés pour les meilleurs paramètres de qualité de modèle tels que l'analyse résiduelle, l'erreur de prédiction finale et les pourcentages d'ajustement. L'efficacité du modèle développé à travers le modèle proposé est en outre validée à l'aide de données de simulations pour UAV. Les résultats démontrent la faisabilité du modèle car il prédit correctement les performances du système dans une grande variété de situations d'exploitation. À notre connaissance, c'est la première fois dans la littérature qu'une étude d'estimation de modèle pour une plate-forme d'UAV avec une telle variété de structures de modèle est présentée.Translated Description (Spanish)
Resumen En la era moderna de la evolución de la tecnología de la aviación, los vehículos aéreos no tripulados han demostrado ser cruciales en todos los campos, incluidos el militar y la investigación. El desarrollo de un sistema de control robusto y el cumplimiento exitoso de la misión requiere un modelo meticuloso de UAV. El objetivo de este documento es diseñar un elaborado esquema de estimación de modelos utilizando diversas técnicas de estructura de modelos, incluyendo exógena autorregresiva, media móvil autorregresiva exógena, caja de Jenkin, error de salida y espacio de estados y exógena autorregresiva no lineal. Los modelos obtenidos se analizan y comparan para obtener los mejores parámetros de calidad del modelo, como el análisis residual, el error de predicción final y los porcentajes de ajuste. La eficacia del modelo desarrollado a través del modelo propuesto se valida aún más utilizando datos de simulaciones para UAV. Los resultados demuestran la viabilidad del modelo, ya que predice adecuadamente el rendimiento del sistema en una amplia variedad de situaciones operativas. Hasta donde sabemos, esta es la primera vez en la literatura que se presenta un estudio de estimación de modelos para una plataforma UAV con una variedad tan amplia de estructuras de modelos.Files
s42835-023-01376-4.pdf.pdf
Files
(1.9 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:c90c14eea304e070435b48cf4b276c7f
|
1.9 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- نمذجة ديناميكيات الطيران باستخدام تقنيات التقدير متعددة النماذج: إطار موحد
- Translated title (French)
- Modélisation de la dynamique de vol avec des techniques d'estimation multimodèles : un cadre consolidé
- Translated title (Spanish)
- Modelado de dinámica de vuelo con técnicas de estimación multimodelo: un marco consolidado
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4319880080
- DOI
- 10.1007/s42835-023-01376-4
References
- https://openalex.org/W1993861190
- https://openalex.org/W2021183670
- https://openalex.org/W2155557663
- https://openalex.org/W2334681292
- https://openalex.org/W2592936840
- https://openalex.org/W2625124305
- https://openalex.org/W2727594805
- https://openalex.org/W2727943374
- https://openalex.org/W2734489547
- https://openalex.org/W2785864619
- https://openalex.org/W2793964385
- https://openalex.org/W2804438048
- https://openalex.org/W2804781345
- https://openalex.org/W2883881266
- https://openalex.org/W2891226542
- https://openalex.org/W2897518319
- https://openalex.org/W2909137737
- https://openalex.org/W2929070769
- https://openalex.org/W2945118073
- https://openalex.org/W2955399703
- https://openalex.org/W2964084588
- https://openalex.org/W2975751843
- https://openalex.org/W2997418763
- https://openalex.org/W2997503192
- https://openalex.org/W3016894691
- https://openalex.org/W3022659888
- https://openalex.org/W3086651301
- https://openalex.org/W3092274785
- https://openalex.org/W3125908431
- https://openalex.org/W3127863483
- https://openalex.org/W3134449674
- https://openalex.org/W3155113415
- https://openalex.org/W3165579372
- https://openalex.org/W3184526579
- https://openalex.org/W3187722272
- https://openalex.org/W3199967553
- https://openalex.org/W3206985716
- https://openalex.org/W4205598988
- https://openalex.org/W4206418884
- https://openalex.org/W4211195832
- https://openalex.org/W4223526404
- https://openalex.org/W4224659692
- https://openalex.org/W4283278464
- https://openalex.org/W4284958570
- https://openalex.org/W4295063277
- https://openalex.org/W4297014815
- https://openalex.org/W4311533513
- https://openalex.org/W4313146344