Trajectory Tracking and Prediction-Based Coordination of Underactuated Unmanned Vehicles

QC 20230412

Abstract

I denna avhandling studerar vi banspårning och prediktionsbaserad styrning av underaktuerade obemannade luft- och ytfarkoster. I den första delen av avhandlingen undersöker vi banspårningen med hjälp av föreskriven prestationskontroll (PPC) förutsatt att modellparametrarna är okända. På grund av underaktueringen i systemen vi betraktar har den ursprungliga PPC:n dessutom designats om för att specifikationerna för dessa system. Vi bevisar att de föreslagna regulatorerna stabiliserar systemet och validerar dem med numeriska simuleringar på både quadrotor- och båtmodellen. Dessutom föreslår vi förbättringar av kinodynamisk rörelseplanering via ramverk för trattkontroll (KDF) som är baserade på algoritmen för snabbutforskande slumpmässiga träd (RRT) och B-splines för att generera släta banor och spåra dem med PPC. Vi genomförde fysikaliska experiment och validerade fördelarna med de föreslagna förbättringarna av KDF. Den andra delen av avhandlingen ägnas åt mötesproblemet med autonom landning av en quadrotor på en båt baserat på algoritmer för distribuerad modell-prediktiv styrning (MPC). Vi föreslår en algoritm som förutsätter ett minimalt utbyte av information mellan agenterna, nämligen mötesplatsen, och en uppdateringsregel för att upprätthålla den rekursiva genomförbarheten av landningen. Dessutom presenterar vi ett konvergensbevis utan att upprätthålla begränsningar i slutuppsättningen. Slutligen undersökte vi ett ledare-följare ramverk och presenterade en algoritm där flera följaragenter kan autonomt landa på en plattform som sitter fast i ledaren. En agent är utrustad med en banprediktor för att hantera fall av kommunikationsbortfall samt för att undvika kollision med andra agenter. Algoritmen testas i ett scenario med de beskrivna utmaningarna och de numeriska resultaten överensstämmer med de teoretiska resultaten.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-325653