Predictive and Vision-based Control for Multi-Agent Aerial and Space Systems
Tid: Ti 2024-10-08 kl 14.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/65515055298
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Pedro Roque , Reglerteknik
Opponent: Professor Paolo Robuffo Giordano, IRISA, INRIA Rennes
Handledare: Professor Dimos V. Dimarogonas, Reglerteknik; Professor Mikael Johansson, Reglerteknik; Associate Professor Jana Tumova, Robotik, perception och lärande, RPL
QC 20240917
Abstract
Självkörande luftfarkoster har i allt högre grad använts och anpassats för att utföra uppgifter inom flera områden av vårt dagliga liv. Ökningen beror framförallt på förbättrad beräkningskapacitet hos små processorer, vilket möjliggör att nya effektiva algoritmer appliceras på komplexa problem. Av samma skäl har användandet av rymdfarkoster med låg omloppsbana ökat exponentiellt. Låg omloppsbana innebär en lägre kostnad att nå och är fördelaktigt ur säkerhets och kommunikationssynpunkt. I och med att de här systemen blir vanligare, ökar behovet att garantera säker drift i gemensamma miljöer. I den här avhandlingen fokuserar vi på tre grundläggande problem inom fleragentsystem: robust styrning, decentraliserad styrning av samarbetsinriktad transport och formationssytrning.
För att angripa det första problemet föreslår vi ett ramverk för robust styrning för banföljning. Planeringsalgoritmer ombord farkosten genererar banor, med fokus på hignivå-uppgifter. Vår lösning fokuserar på säker banföljning vid störningar och ger övre gränser på felet i banföljningen. Givet det värsta tänkbara banföljningsfelet är det möjligt att planera kollisionsfri banföljning, och på så sätt garantera systemets säkerhet.
Angående det andra problemet förelsår vi regulatorer för samarbetsinriktad lasttransport som använder både flygfordon och rymdfarkoster. Vi utvecklar centraliserade och decentraliserade modellprediktiva regulatorer och jämför deras prestanda med hänsyn till banföljningsfel och beräkningsmässig hanterbarhet. Jämförelserna tillåter oss att se de värsta tänkbara fallen för de nämnda regulatorstrukturerna och ger insikt i möjliga avvägningar i krävande transporttillämpningar.
När kommer till det tredje problemet fokuserar vi på formationsstyrningsregulatorer som utnyttjar bildsensorer och informerad grannrörelseprediktion. Vi föreslår decentraliserad modellprediktiv reglering baserad på samarbetsbeteende mellan agenterna i formation. Sedan använder vi bildsensorer till att föreslå en formationsregulator som utnyttjar bildegenskaper och avståndsmätningar till att koordinera agenterna.
Det sista problemet i avhandlingen introducerar en ny arkitektur för en testbädd för mark- och rymd-robotik. Vi föreslår nya modulära plattformer med öppen källkodsmjukvara och mjukvarustackar, som kan efterlikna rymdfarkoster i drift inuti rymstationer eller i omloppsbana. Vi validerar systemen i en rymdrobotikanläggning vid KTH som byggts medan avhandlingen skrevs. Slutligen sammanfattar vi med en kort analys av de åstadkomna målen och en överblick av framtida forskningsmöjligheter.