Till innehåll på sidan

Control of Dynamical Systems subject to Spatio-Temporal Constraints

Tid: Fr 2022-04-01 kl 10.00

Plats: Q2, Malvinas väg 10, Stockholm

Videolänk: link for online defense

Språk: Engelska

Ämnesområde: Elektro- och systemteknik

Licentiand: Maria Charitidou , Reglerteknik

Granskare: Professor Christian Ebenbauer,

Huvudhandledare: Dimos V. Dimarogonas, Reglerteknik

Exportera till kalender

QC 20220311

Abstract

De senaste ̊artiondena har autonoma robotar sett en rad nya användningsområden, såsom ̈overvakning, paketleverans och kooperativ transport. Dessa innebär ofta att en samling komplexa uppgifter måste lösas på kort tid. Inom Search and Rescue (SAR), till exempel, krävs att drönare hinner genomsöka vissa geografiska regioner inom givna tidsintervall. Detta för att ̈oka chansen att identifierade drabbade vid en olycka. Den här typen av uppgift i tid och rum (spatio-temporal) kan enkelt uttryckas med hjälp av Signal Temporal Logic (STL). STL ̈är ett språk som tillåter oss att på ett formellt sätt formulera tidsbegränsade uppgifter, såsom besök område A mellan o och 5 minuter, eller robot 1 ska röra sig i formationtillsammans med robot 2 till dess att robot 1 når område B mellan 5 och 20 sekunder. Nuvarande lösningar till styrproblem av spatio-temporal-typen kodar STL-begränsningar med hjälp av mixed-integer-uttryck. Majoriteten av lösningarna involverar receding-horizon-metoder med långa tidshorisonter som beror av tidsbegränsningarna i STL-uppgifterna. Detta leder till att problemens komplexitet ̈ökar med antalet deluppgifter inom och tiden för STL-uppgifterna. Andra lösningar bygger på restriktiva STL-fragment och beräkningsmässigt effektiva ̊aterkopplingsregulatorer som garanterar STL-begränsningarna med minimal önskad robusthet. Dessvärre tar dessa sällan hänsyn till fysiska begräsningar hos regulatorn och ger ofta godtyckligt stora styrsignaler. I den här licentiatuppsatsen behandlar vi styrproblem med begräsningar i rum och tid, samt den ovan nämnda typen av fysiska regulatorbegränsningar. I den första delen presenterar vi receding-horizon-metoder (RHS) som uppfyller kraven i STL-uppgifter, eller minimalt bryter mot dessa. Till skillnad från tidigare lösningar så kan tidshorisonten i våra RHS-metoder väljas oberoende av STL-uppgifterna och därmed göras godtyckligt kort, så länge ursprungsproblemet ̈ar lösbart. Genom att formulera STL-uppgifterna som control barrier funktioner kan vi kombinera fördelarna hos RHS och ̊återkoppling. Vi härleder en rekursiv lösbarhetsegenskap och en undre gräns på ̈overträdelsen av STL-kraven. I den andra delen behandlar vi multi-agent-system med uppgifter i tid och rum som berör många agenter. Målet är att bryta ner den globala uppgiften i fler men enklare lokala uppgifter som var och en bara involverar en given delmängd av agenterna. Vår nedbrytning till ̊åter oss att konstruera decentraliserade regulatorer som löser lokala STL-uppgifter, och kan i och med det markant minska kommunikationskostnaderna i j̈ämförelse med centraliserad styrning. I den sista delen av uppsatsen behandlar vi samordning av flera grupper. Vi uttrycker uppgifter såsom delning, sammanslagning och avståndshållning med hjälp av STL, och utnyttjar sedan ̊aterkoppling för att uppfylla eller minimalt bryta mot kraven.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-309751