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http://hdl.handle.net/1843/49945
Type: | Tese |
Title: | Nonlinear model predictive control on se(3) for aggressive maneuvers |
Other Titles: | Controle preditivo não linear baseado em modelo no se(3) para manobras agressivas |
Authors: | Jean Carlos Pereira |
First Advisor: | Guilherme Vianna Raffo |
First Co-advisor: | Valter Júnior de Souza Leite |
First Referee: | Luciano Cunha de Araújo Pimenta |
Second Referee: | Antonio Ferramosca |
Third Referee: | Tito Luis Maia Santos |
metadata.dc.contributor.referee4: | Rubens Junqueira Magalhães Afonso |
Abstract: | This thesis investigates aggressive motion control of a class of underactuated vehicles, with full attitude control and only one translational force input in a body-fixed direction. This actuation model covers a wide range of vehicles such as helicopters, multi-propeller helicopters, ducted fans, satellites, and underwater vehicles. There are several control challenges for this kind of vehicle, especially when they navigate in cluttered environments with unknown obstacles. The problem is intensified when aggressive maneuvers are faced by the controller, requiring fast and accurate movements to reduce mission time and improve the obstacle avoidance efficiency. Due to extreme flight conditions, these controllers must be formulated using an accordingly configuration space. The use of the Special Euclidean group, abbreviated as SE(3), is appropriated because the representation is both unique and independent of any local coordinates, and it effectively describes the coupling of rotational and translational motions. Therefore, this thesis proposes Nonlinear Model Predictive Control (NMPC) schemes formulated on SE(3) manifold for regulation, trajectory tracking, and fast motion in cluttered environments with unknown obstacles. When obstacles are considered in the problem, the vehicle’s attitude is regarded during the obstacle deviation by the proposed controllers. In addition, since some applications, such as search-and-rescue missions, require to reach the destination point as soon as possible, this work also proposes NMPC schemes that consider the mission time reduction as an economic criterion. |
Abstract: | Esta tese investiga o controle de movimento agressivo de uma classe de veículos subatuados, com controle total de orientação e apenas uma entrada de força translacional, que possui direção fixa com relação ao corpo do veículo. Este modelo de atuação abrange vários tipos de veículos como helicópteros, drones multi-hélice, drone de ventilador canalizado, satélites e veículos submarinos. Existem vários desafios de controle para este tipo de sistemas, especialmente quando eles navegam em ambientes desordenados com obstáculos desconhecidos. O problema se intensifica quando manobras agressivas são consideradas pelo controlador, exigindo movimentos rápidos e precisos para reduzir o tempo de missão e melhorar a eficiência de desvio de obstáculos. Devido às condições extremas de voo, esses controladores devem ser formulados usando um espaço de configuração adequado. O uso do grupo Euclidiano Especial, abreviado como SE(3), é apropriado porque a representação é única e independente de quaisquer coordenadas locais, além de descrever efetivamente o acoplamento dos movimentos rotacionais e translacionais. Portanto, esta tese propõe esquemas de controle preditivo não linear baseado em modelo (NMPC), formulados no espaço SE(3), para regulação, rastreamento de trajetória e movimento rápido em ambientes desordenados com obstáculos desconhecidos. Quando os obstáculos são tratados no problema, os controladores propostos consideram a orientação do veículo durante o desvio do obstáculo. Além disso, como algumas aplicações, por exemplo, missões de busca e resgate, exigem que se chegue ao ponto de destino o mais rápido possível, este trabalho também propõe esquemas de NMPC que consideram a redução do tempo de missão como critério econômico. |
Subject: | Engenharia elétrica Veículos Sistemas não lineares Controle preditivo |
language: | eng |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Publisher Initials: | UFMG |
metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
Rights: | Acesso Restrito |
metadata.dc.rights.uri: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/ |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/49945 |
Issue Date: | 26-Aug-2022 |
metadata.dc.description.embargo: | 25-Aug-2024 |
Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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