Plánování a sledování trajektorií pro bezpilotní letouny

Abstract

Tato práce se zabývá vývojem systému pro plánování a sledování trajektorií kvadrotorových bezpilotních letounů (UAV). Tento systém je klíčový pro jakoukoli aplikaci, která používá plně autonomní UAV, protože kvalita trajektorie může výrazně ovlivnit výsledek mise UAV. Systém je založen na dvou metodách: pseudospektrální metoda (PSM) pro efektivní plánování trajektorie a metoda interpolačního řízení (IC) pro sledování trajektorie.

V první části této práce jsou položeny základy, kde je popsáno chování UAV a jsou představeny metody pro plánování cesty a trajektorie. Důraz je kladen na formulaci problému plánování trajektorie jako úlohy optimálního řízení (OCP) a jeho numerické řešení pomocí PSM. Dále je prezentován problém sledování trajektorie a je popsána state-of-the-art metoda prediktivního řízení (MPC) spolu s její výpočetně méně náročnou alternativou IC.

V druhé části práce je navržen systém pro adaptivní plánování trajektorie UAV založený na PSM, který využívá znalost chování UAV a jeho optimální cesty. Je také navržena varianta IC, která dokáže řídit systém podle referenční trajektorie. Chování této metody je porovnáno s MPC z hlediska výpočetního času a kvality řízení na úloze sledování trajektorie pomocí UAV jak v simulaci, tak i v laboratoři na reálném UAV.