- Tytuł:
-
A novel approach for the optimal control of autonomous underwater vehicles
Nowe podejście do sterowania optymalnego autonomicznych pojazdów podwodnych - Autorzy:
-
Yim, S.
Oh, J. - Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/206733.pdf
- Data publikacji:
- 2003
- Wydawca:
- Polska Akademia Nauk. Instytut Badań Systemowych PAN
- Tematy:
-
AUV
SDRE
równanie Riccatiego zależne od stanu
sterowanie optymalne
autonomiczne pojazdy podwodne
optimal control - Opis:
-
The SDRE (State-Dependent Riccati Equation) is a technique recently proposed as a nonlinear control method. Despite the benefits due to its flexibility, the SDRE places high demand on the computational load of real-time applications, which is one of its most important drawbacks. This paper discusses a new nonlinear feedback controller for autonomous underwater vehicles (AUVs), which eventually converges to a conventional SDRE-based optimal controller. The proposed controller is derived by direct forward integration of an SDRE. This enables fast computation and so is applicable to real-time situations. For a state-dependent system, the proposed controller may be an alternative candidate to a conventional SDRE-based optimal controller if the system is slow-varying to different states. To cope with fast-varying systems, we introduced a deviation index, which indicates the extent of deviation of the proposed controller from the solution of a conventional SDRE-based one. Whenever the index exceeds a designated bound, the controller is initialised to the conventional SDRE optimal value. Using the deviation index, a designer can achieve a compromise between computation time and optimality. We applied the proposed controller to a numerical model of an AUV called ODIN, a well-known nonlinear, relatively high order, and slow-varying system. The global position/attitude regulation, tracking problems, and fault tolerance properties were examined in the simulation to show the effectiveness of the proposed controller.
Technika SDRE (równania Riccatiego zależnego od stanu) została ostatnio zaproponowana do celów syntezy sterowania nieliniowego. Niezależnie od swoich zalet, związanych z elastycznością, technika SDRE pociąga za sobą wysoki nakład obliczeniowy, co, zwłaszcza w przypadku zastosowań czasu rzeczywistego, stanowi poważne obciążenie. W artykule rozważono nowy rodzaj sterowania nieliniowego w pętli sprzężenia zwrotnego dla autonomicznych pojazdów podwodnych (AUV), które zbiega do konwencjonalnego sterowania opartego na SDRE. Sterowanie to jest wyprowadzone poprzez bezpośrednie całkowanie SDRE. Pozwala to na szybkie dokonywanie obliczeń i może być stosowane w czasie rzeczywistym. W układach zależnych od stanu zaproponowane sterowanie może być alternatywą do konwencjonalnych rozwiązań opartych na SDRE jeśli układ jest wolno zmienny w stosunku do stanów. Aby rozszerzyć zastosowanie na układy szybko zmienne, wprowadza się wskaźnik pokazujący rozbieżność między zaproponowanym sterowaniem a rozwiązaniem konwencjonalnego sterowania opartego na SDRE. Wtedy, gdy wskaźnik ten przekracza założoną wielkość progową, sterowanie jest inicjalizowane zgodnie z optymalna wartością według SDRE. Posługując się wartościami zaproponowanego wskaźnika projektant może osiągać kompromis między czasem obliczeń a stopniem optymalności. Zastosowano nową metodę do modelu numerycznego AUV o nazwie ODIN, który jest reprezentowany przez nieliniowy, wolno zmienny układ wysokiego rzędu. W trakcie symulacji, w celu pokazania efektywności zaproponowanego sterowania zbadano takie aspekty jak regulacja co do położenia i kierunku, nadążanie oraz odporność na błędy. - Źródło:
-
Control and Cybernetics; 2003, 32, 1; 127-146
0324-8569 - Pojawia się w:
- Control and Cybernetics
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł