Cooperative Multi-Vehicle Circumnavigation and Tracking of a Mobile Target

Tid: Fr 2020-03-13 kl 10.00

Plats: F3, Lindstedtsvägen 26, Stockholm (English)

Ämnesområde: Elektro- och systemteknik

Licentiand: Joana Filipa Gouveia Fonseca , Reglerteknik, NetCon

Granskare: Professor Yongcan Cao, University of Texas at San Antonio

Huvudhandledare: Professor Karl Johansson, KTH - Reglerteknik

Abstract

Multi-fordon-styrsystem består av sammankopplade fordon som koordinerar för att slutföra en given uppgift. I sådana styrsystem är målet att få ett koordinerat beteende via lokala interaktioner mellan fordonen och miljön de vistas i.

Ett motiverande exempel är övervakning av algblomning, ett fenomen som inträffar frekvent och har omfattande negativa effekter såsom kraftig mortalitet hos fiskar.

I denna rapport undersöker vi hur Unmanned Surface Vehicles (USVs) kan styras för att cirkulera och spåra ett givet mobilt objekt, till exempel en yta med algblomning.

Ett protokoll är utvecklat för att estimera det mobila objektets position och form, baserat på lokala mätningar utförda av fordonen, samt en reglerstrategi tas fram som styr systemet med fordon till objektet samtidigt som de formar en regelbunden polygon.

Mer precist undersöker vi först problemet att samtidigt spåra och cirkulera ett mobilt objekt med USVs. En satellitbild indikerar startpositionen av objektet, antaget att ha en irreguljär tidsvarierande form som kan approximeras väl av en cirkel med tidsberoende center och radie. Varje USV kan mäta avståndet till objektets rand och center.

Vi designar ett adaptivt protokoll för att estimera cirkelns parametrar baserat på lokala mätningar. Ett reglerprotokoll styr sedan fordonen mot objektets rand samt sprider ut dem ekvidistant kring randen. Vi bevisar att protokollen konvergerar mot önskat tillstånd. Två simuleringar visar det slutna systemets prestanda.

Sedan antar vi att fordonen endast kan mäta avståndet till randen på objektet, men inte tills dess center. Vi tar fram en decentraliserad minstakvadratmetod för att estimera objektet, lämpligt för cirkulära objekt. Konvergens bevisas även i detta fall. Ett exempel med data från en simulerad algblomning visar att metoden fungerar bra under realistiska scenarion.

Slutligen undersöker vi hur protokollen kan vidareutvecklas för mobila objekt med tämligen generella irreguljära former. I detta fall antar vi att fordonen endast kan kommunicera med sina två närmaste grannar och estimera kurvan för objektets rand från deras samlade mätningar. Vi validerar protokollen via två simuleringar.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-268079