Disturbance-Aware Motion Planning and Control of Unmanned Aerial and Surface Vehicles
Tid: Fr 2024-09-13 kl 10.00
Plats: F3, Teknikringen 76
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/w/66286084434
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik Datalogi
Respondent: Dzenan Lapandic , Reglerteknik
Opponent: Professor Bechlioulis Charalampos, Department of Electrical and Computer Engineering, University of Patras, Greece
Handledare: Professor Bo Wahlberg, Reglerteknik
QC 20240826
Abstract
I denna avhandling studerar vi rörelseplanering och reglering av under-aktuerade obemannade luft- och ytfarkoster med särskild fokus på störningsundertryckning.
I den första delen av avhandlingen undersöker vi banföljning med hjälp av föreskriven prestandareglering (PPC) för en klass av under-aktuerade luft- och ytfarkoster med okända modellparametrar. På grund av under-aktuering modifieras den ursprungliga PPC-metodiken för att anpassas till under-aktuerade dynamiska system. Vi bevisar stabilitet för motsvarande återkopplade system och utvärderar dem med hjälp av numeriska simuleringar av quadrotor- och båtmodeller. Vi föreslår en förbättringing av kinodynamisk rörelseplanering via ett tratt-regleringsramverk (KDF). Den kinodynamiska rörelseplaneringen är baserad på en snabbt utforskande slumpträdsalgoritm (RRT), och de föreslagna förbättringar ligger i optimeringsbaserade generering av jämna kollisionsfria banor med hjälp av B-splines. Motsvarande algoritmer och föreslagna förbättringar av KDF utvärderas genom riktiga experiment på fysiska ytfarkoster.
Den andra delen av avhandlingen ägnas åt rendezvousproblem för autonom landning av en quadrotor på en båt baserat på distribuerad modellprediktivreglering (MPC). Vi föreslår en algoritm som förutsätter ett minimalt informationsutbyte mellan agenterna, vilket endast är själva rendezvousplatsen, och en uppdateringsregel för att upprätthålla den rekursiva genomförbarheten vid landningen. Vi presenterar ett konvergensbevis utan att använda oss av sluttillståndsbegränsningar. Dessutom undersöker vi ett ledar-följarramverk och presenter en algoritm för flera följar-agenter att landa autonomt på en landningsplattform som är kopplad till ledaren. Varje agent är utrustad med en banprediktor för att hantera eventuell kommunikationsförlust och undvikande av kollisioner mellan agenterna. Algoritmen testas i ett simuleringsscenario för gemensam landning av flera agenter.
I den tredje delen av avhandlingen undersöker vi användningen av störnings\-modeller och iterativa metoder för att förbättra dem med hjälp av tillgänglig data och sensor-mätningar. Kontraktionsbaserade reglermetoder möjliggör säkerhetsgarantier för obemannade luftfarkoster med avseende på de störningsmedvetna planerna som genereras av MPC kompletterad med störningsmodeller. Störningsmodeller härleds genom datadriven identifiering och inlärning och förfinas ytterligare med hjälp av adaptiva reglermetoder. Upptäckt-och-utnyttjande algoritmen presenteras för inlärning av tidigare oönskade störningar. Slutligen testas ramverket i ett simuleringsscenario för autonom landning av en UAV på en ytfarkost.