Προβλεπτικός Ελεγκτής για την οδήγηση τετραπτέρυγου εναέριου οχήματος από πολλαπλά ενδιάμεσα σημεία

Κανελλόπουλος, Άρης; Kanellopoulos, Aris

dc.contributor.author	Κανελλόπουλος, Άρης	el
dc.contributor.author	Kanellopoulos, Aris	en
dc.date.accessioned	2017-07-17T06:35:16Z
dc.date.available	2017-07-17T06:35:16Z
dc.date.issued	2017-07-17
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45205
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14325
dc.rights	Default License
dc.subject	Βέλτιστος Έλεγχος	el
dc.subject	Σχεδιασμός Τροχιάς	el
dc.subject	Μη-επανδρωμένα Οχήματα	el
dc.subject	Μη-γραμμικός Έλεγχος	el
dc.subject	Προβλεπτικός Έλεγχος	el
dc.subject	Optimal Control	en
dc.subject	Unmanned Vehicles	el
dc.subject	Nonlinear Control	el
dc.subject	Model Predictive Control	el
dc.subject	Trajectory Optimization	el
dc.title	Προβλεπτικός Ελεγκτής για την οδήγηση τετραπτέρυγου εναέριου οχήματος από πολλαπλά ενδιάμεσα σημεία	el
dc.title	A Model Predictive Control scheme for Multi-rotor guidance through multiple waypoints	en
dc.contributor.department	Εργαστήριο Αυτομάτου Ελέγχου και Ρυθμίσεως Μηχανών και Εγκαταστάσεων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Αυτόματος Έλεγχος	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-03-01
heal.abstract	Σε αυτή τη διπλωματική εργασία, εξετάζουμε το πρόβλημα της διέλευσης από μια αλληλουχία σημείων στον τρισδιάστατο χώρο για ένα τετραπτέρυγο Εναέριο Μη- Επανδρωμένο ΄Οχημα. Δεδομένων των συντεταγμένων των σημείων, καθώς και της επιθυμητής σειράς διέλευσης, σχεδιάζονται οι τροχιές των μεταβλητών κατάστασης και ελέγχου που θα οδηγήσουν το όχημα σε αυτά. Το παραπάνω πρόβλημα μοντελοποιήθηκε σαν Πρόβλημα Βελτίστου Ελέγχου στο πεδίο του συνεχούς χρόνου και λύθηκε με χρήση της μεθόδου Pseudospectral Optimal Control- της προσέγγισης των μεταβλητών κατάστασης και ελέγχου από βάση ορθο- γώνιων πολυωνύμων. Περαιτέρω, για να αντιμετωπίσουμε σφάλματα στη μοντελοποίη- ση ή εξωτερικές διαταραχές, εφαρμόζουμε ανατροφοδότηση κατάστασης σχεδιάζοντας τον ελεγκτή στο πλαίσιο του Προβλεπτικού Ελέγχου. Ο Προβλεπτικός Ελεγκτής λύνει επαναλαμβανόμενα το πρόβλημα βελτίστου ελέγχου κατά τη λειτουργία του συστήμα- τος, χρησιμοποιώντας μέτρηση του πραγματικού συστήματος ως αρχική κατάσταση. Εφόσον τα επιθυμητά εσωτερικά σημεία δεν είναι σημεία ισορροπίας του συστήματος, τα συνήθη σχήματα Προβλεκτικού Ελέγχου για σταθεροποίηση συστήματος αποδε- ίχθηκαν ανεπαρκή. Εκτενής έρευνα μας οδήγησε στην χρήση Προβλεπτικού Ελέγχου με Μεταβλητό Ορίζοντα, σύμφωνα με τον οποίο ο ορίζοντας πρόβλεψης αποτελεί με- ταβλητή της βελτιστοποίσης σε κάθε επανάληψη. Στην δουλειά αυτή, επεκτάθηκαν τα προϋπάρχοντα θεωρήματα ευρωστίας του Προβλεπτικού Ελέγχου με Μεταβλητό Ορίζοντα σε μη-γραμμικά συστήματα. Παρόλο που η πλειοψηφία της θεωρίας που παρουσιάζεται έχει εφαρμογή σε κάθε είδους εναέρια οχήματα, προσωμοιώσεις και συγκριτικές μελέτες διεξήχθησαν σε μον- τέλο τετραπτέρυγου για την επαλήθευση των αλγορίθμων.	el
heal.abstract	In this thesis, we study the problem of traversing a series of points in the 3- Dimensional space with a quadrotor Unmanned Aerial Vehicle (UAV). Given the 3D coordinates of the points, as well as the desired sequence, the state and control input trajectories which lead the vehicle through the points are designed. In that respect, the problem was formulated as an Optimal Control Problem (OCP). This continuous time OCP was solved using the method of Pseudospectral Optimal Control which consists of expanding the state and control variables over a space of orthogonal polynomials. Moreover, in order to account for modeling imperfection and external disturbances, state feedback was accomplished by implementing the controller in a Model Predictive Control (MPC) framework. In MPC schemes the OCP is solved online iteratively using the current state measurement of the system as the initial state. Since the desired interior waypoints are not equilibrium points of the system conventional MPC schemes proved inefcient. Extensive research led us to adopt a Variable-Horizon MPC approach (VH-MPC) in which the prediction horizon is a decision variable of the OCP solved in each time-step. Finally, a number of theorems presented in this work extend the preexisting robustness guarantees of VH-MPC to nonlinear continuous-time systems. Although the majority of the theory presented in this work could be applied to any kind of aerial vehicle, simulations and comparative studies were conducted in a quadrotor model to illustrate the validity of our algorithms.	en
heal.advisorName	Κυριακόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Κυριακόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Βοσνιάκος, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Εργαστήριο Αυτομάτου Ελέγχου και Ρυθμίσεως Μηχανών και Εγκαταστάσεων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	true