Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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On-line path planning and robust adaptive path following for underactuated autonomous underwater vehicles
Autonome Unterwasservehikel (AUV) sind für den Einsatz in maritimen Gebieten mit harschen und lebensbedrohlichen Umgebungsbedingungen sowie langen Missionshorizonten unerlässlich. Die Planung solcher Missionen erfolgt dabei oft über einen übergeordneten Missionsplanungsalgorithmus, der auf Grundlage von Umgebungsdaten, wie z.B. Wetter-, Karten- und Sensordaten, Referenzwegpunkte generiert. Aufgrund zeitlich veränderlicher Missionsziele und dynamisch variierender Hindernisse, wie z.B. andere Seefahrzeuge, ist eine flexible Anpassung dieser Referenzwegpunkte zur Laufzeit unvermeidlich. Da in den meisten Anwendungsfällen eine möglichst genaue Durchquerung der Wegpunkte mit vertretbarem Stellaufwand gewünscht ist, fokussiert diese Dissertation auf die Bahnführung von AUV, die durch eine Kombination aus on-line Bahnplanung und nichtlinearen Folgeregelungskonzepten besteht. Wegen der Anforderungen von Folgeregelungen an die Glattheit der Referenzbahn (C2) werden im ersten Teil dieser Arbeit zunächst 3D Bahnplanungsalgorithmen auf Basis von Polynomen 5. Grades vorgestellt, welche die von der Missionsplanung vorgegebenen Wegpunkte interpolieren. Zur Verbesserung der numerischen Eigenschaften sowie der Reduzierung des Rechenaufwands wird dieser Ansatz auf B-Splines übertragen. Durch eine spezielle Pufferung/Fensterung einer bestimmten Anzahl an Wegpunkten wird die zusätzliche Anforderung an die on-line Planung adressiert. Im zweiten Teil der Arbeit werden ausgehend von einer eingehenden mathematischen Modellbildung von AUVs nichtlineare Folgeregelungskonzepte für den vollaktuierten und den unteraktuierten Fall (mehr Freiheitsgrade als Stellgrößen) entwickelt. Für ersteren wird eine Feedback-Linearisierung mit beobachterbasiertem Ansatz und aktiver Störunterdrückung präsentiert. Für den zweiten Fall wird ein robustes, adaptives Regelgesetz zur Kompensation von Modellunsicherheiten und Störungen entworfen. Wegen der Unteraktuierung des Systems, stellt dies eine anspruchsvolle Aufgabe dar, welche basierend auf der direkten ...
On-line path planning and robust adaptive path following for underactuated autonomous underwater vehicles
Autonome Unterwasservehikel (AUV) sind für den Einsatz in maritimen Gebieten mit harschen und lebensbedrohlichen Umgebungsbedingungen sowie langen Missionshorizonten unerlässlich. Die Planung solcher Missionen erfolgt dabei oft über einen übergeordneten Missionsplanungsalgorithmus, der auf Grundlage von Umgebungsdaten, wie z.B. Wetter-, Karten- und Sensordaten, Referenzwegpunkte generiert. Aufgrund zeitlich veränderlicher Missionsziele und dynamisch variierender Hindernisse, wie z.B. andere Seefahrzeuge, ist eine flexible Anpassung dieser Referenzwegpunkte zur Laufzeit unvermeidlich. Da in den meisten Anwendungsfällen eine möglichst genaue Durchquerung der Wegpunkte mit vertretbarem Stellaufwand gewünscht ist, fokussiert diese Dissertation auf die Bahnführung von AUV, die durch eine Kombination aus on-line Bahnplanung und nichtlinearen Folgeregelungskonzepten besteht. Wegen der Anforderungen von Folgeregelungen an die Glattheit der Referenzbahn (C2) werden im ersten Teil dieser Arbeit zunächst 3D Bahnplanungsalgorithmen auf Basis von Polynomen 5. Grades vorgestellt, welche die von der Missionsplanung vorgegebenen Wegpunkte interpolieren. Zur Verbesserung der numerischen Eigenschaften sowie der Reduzierung des Rechenaufwands wird dieser Ansatz auf B-Splines übertragen. Durch eine spezielle Pufferung/Fensterung einer bestimmten Anzahl an Wegpunkten wird die zusätzliche Anforderung an die on-line Planung adressiert. Im zweiten Teil der Arbeit werden ausgehend von einer eingehenden mathematischen Modellbildung von AUVs nichtlineare Folgeregelungskonzepte für den vollaktuierten und den unteraktuierten Fall (mehr Freiheitsgrade als Stellgrößen) entwickelt. Für ersteren wird eine Feedback-Linearisierung mit beobachterbasiertem Ansatz und aktiver Störunterdrückung präsentiert. Für den zweiten Fall wird ein robustes, adaptives Regelgesetz zur Kompensation von Modellunsicherheiten und Störungen entworfen. Wegen der Unteraktuierung des Systems, stellt dies eine anspruchsvolle Aufgabe dar, welche basierend auf der direkten ...
On-line path planning and robust adaptive path following for underactuated autonomous underwater vehicles
Al Azrak, Remon (Autor:in) / Reger, Johann / Horn, Martin / Seifried, Robert
19.12.2017
Hochschulschrift
Elektronische Ressource
Englisch
An Algorithm of Complete Coverage Path Planning for Autonomous Underwater Vehicles
| British Library Online Contents | 2011
Review on path planning methods for autonomous underwater vehicle
| SAGE Publications | 2025