Promotie-onderzoek

Robuustheid tegen constante externe verstoringen

Het onderwerp van mijn PhD onderzoek is cooperatieve regeltechniek voor autonome onderwater voertuigen. Goed werk aangaande dit onderwerp is gedaan door Even Børhaug; een voorganger als PhD student bij professor Kristin Pettersen. Met dit werk als basis, ben ik doorgegaan met het toevoegen van robuustheid tegen constante verstoringen, zoals zeestromingen en wind.

In het begin richtten we onze aandacht op het volgen van rechtlijnige paden, gebruik makend van line-of-sight (LOS) gebaseerde regeltechniek methoden. In [ACC'09], presenteren we een oplossing gebaseerd op adaptive regeltechniek methoden. Ondanks dat de oplossing theoretisch correct is, realiseerden we ons dat deze oplossing lastig te implementeren is door de complexiteit van de gepresenteerde regelaar, die niet intuitief te tunen is. Dit resulteerde in een focus op het vinden van een oplossing voor ons probleem met een regelaar die zowel een duidelijke structuur heeft voor het implementeren, en simpele regels kent voor het tunen van de regelaar.

Het antwoord vonden we in het gebruik van conditionele integratoren (conditional integrators); een regeltechniek methode ontwikkeld door H.K. Khalil en zijn PhD studenten S. Seshagiri en A. Singh. Deze methode gedraagt zich grofweg als sliding mode control als het fout-signaal groot is, en het begint zich als proportional-integral control te gedragen voor kleine fouten. Door deze combinatie bezit deze methode de voordelen van beide methoden, zonder de nadelen over te nemen; conditionele integratoren hebben
* continue regel-signalen met gelimiteerde amplitudes
* integrator anti-windup
* robuustheid tegen verstoringen
* duidelijke regels voor tunen

In [Oceans'09] hebben we deze methode geïntroduceerd, alwaar we de conditionele integrator aangepast hebben om externe verstoringen expliciet in acht te nemen, die -in ons specifieke geval van marine voertuigen, maar ook voor vliegtuigen en ruimtevoertuigen- constant zijn in een inertiaal referentiestelsel, terwijl de regelsignalen gefixeerd is in het referentiestelsel van de voertuigen. De stabiliteitsanalyse voor deze methode is gegeven in [MCMC'09] voor het volgen van rechtlijnige paden voor oppervlakte-voertuigen.

Recentelijk ligt onze focus op het uitbreiden van dit idee naar meer algemene gekromde paden, gemotiveerd door de behoefte aan go-to-formation manoeuvres, welke botsing-vrije aankomst in een gewenste formatie op een gewenst tijdstip garanderen. Het berekenen van zulke paden gebruik makend van optimalisatie-technieken is het onderwerp van het promotie-onderzoek van Andreas Häusler; een mede-student in het FREEsubNET consortium. Go-to-formation maneuvres vertrouwen erop dat de voertuigen zich op de gewenste positie bevinden op hun pad, om botsingen tussen de verschillende voertuigen te vermijden. In [IAV 2010] laten we zien dat gebruik makend van een constant-bearing geleide methode voor target tracking, uitgebreid met een conditionele integrator voor robuustheid tegen zeestromingen, we globale convergentie en stabiliteit voor het gesloten systeem bereiken. De film hieronder laat de resultaten van deze regelaar zien, waar het witte voertuig het doel is dat gevolgt dient te worden, en het groene voertuig het daadwerkelijke voertuig dat het gewenste pad volgt.

Volgen van gekromde paden onder invloed van zeestromingen

De regelaar heeft duidelijke tuning-regels, welke besproken worden in [Oceans 2010]. Hierin wordt het effect van het veranderen van de individuele tuning parameters besproken, zowel analytisch als door zichtbare veranderingen in de reacties van het system tijdens simulaties.

Volgende