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Fractional-Order Hybrid Observer Architecture for Intelligent Sensorless Control of UAV Propulsion Systems: Integrating High-Frequency Injection with Adaptive Fractional Kalman Filtering

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Rattachement africain : sa. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

This paper presents a novel fractional-order hybrid observer framework for robust sensorless control of brushless DC (BLDC) motor drives in unmanned aerial vehicle (UAV) propulsion systems, addressing the fundamental limitations of conventional integer-order observers through the lens of fractional calculus. The proposed architecture synergistically integrates high-frequency square-wave signal injection for zero/low-speed operation with an adaptive fractional-order extended Kalman filter (AFEKF) augmented by online stator resistance and flux linkage estimation, capitalizing on the memory and hereditary properties inherent to fractional-order systems. A minimum-order current observer enables accurate three-phase current reconstruction using a single DC-link sensor, substantially reducing hardware complexity and cost. The complete algorithm is implemented on an STM32H7 microcontroller and experimentally validated on a 1.5 kW drone propulsion testbench and in-flight platform. Results demonstrate reliable startup under 50% rated load, stable operation from standstill to 5000 RPM on the UAV motor (and validated up to 22,000 RPM on a high-speed test motor, <4° electrical position error at 5 kRPM, and strong robustness against 35% stator resistance variation. In-flight tests confirm improved thrust smoothness and hover stability compared to conventional sensorless strategies. The proposed fractional-order architecture offers a practical, resilient, and computationally feasible solution for next-generation autonomous aerial systems, establishing a new paradigm for observer design in electric propulsion.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Fractional-Order Hybrid Observer Architecture for Intelligent Sensorless Control of UAV Propulsion Systems: Integrating High-Frequency Injection with Adaptive Fractional Kalman Filtering
Date Crossref
19/08/2026
Éditeur
MDPI AG
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Où se fait cette recherche

  • Islamic University of Madinah Department of Electrical Engineering pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • University of Ha'il pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • College of Computer Science and Engineering Department of Computer Engineering pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure

Department of Electrical Engineering — Islamic University of Madinah, University of Ha'il et Department of Computer Engineering — College of Computer Science and Engineering.

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

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