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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter (O) September 25, 2009

Optimalsteuerung kooperierender Mehrfahrzeugsysteme Optimal Control of Cooperative Multi-Vehicle Systems

Christian Reinl, Markus Glocker and Oskar von Stryk

Zusammenfassung

Nichtlineare hybride dynamische Systemmodelle kooperativer Optimalsteuerungsprobleme ermöglichen eine enge und formale Kopplung von diskreter und kontinuierlicher Zustandsdynamik, d. h. von dynamischer Rollen-, Aktionszuweisung mit wechselnder physikalischer Bewegungsdynamik. In den resultierenden gemischt-ganzzahligen Mehrphasen-Optimalsteuerungsproblemen können Beschränkungen an diskrete und kontinuierliche Zustands- und Steuervariablen berücksichtigt werden, z. B. Formations- oder Kommunikationsanforderungen. Zwei numerische Verfahren werden untersucht: ein Dekompositionsansatz mit Branch-and-Bound und direktem Kollokationsverfahren sowie die Approximation durch große gemischt-ganzzahlige lineare Optimierungsaufgaben. Die Verfahren werden auf exemplarische Problemstellungen angewendet: Die simultane Wegpunktreihenfolge- und Trajektorienoptimierung von Luftfahrzeugen sowie die Optimierung von Rollenverteilung und Trajektorien im Roboterfußball.

Abstract

Nonlinear hybrid dynamical systems for modeling optimal cooperative control enable a tight and formal coupling of discrete and continuous state dynamics, i. e. of dynamic role and task assignment with switching dynamics of motions. In the resulting mixed-integer multi-phase optimal control problems constraints on the discrete and continuous state and control variables can be considered, e. g., formation or communication requirements. Two numerical methods are investigated: a decomposition approach using branch-and-bound and direct collocation methods as well as an approximation by large-scale, mixed-integer linear problems. Both methods are applied to example problems: the optimal simultaneous waypoint sequencing and trajectory planning of a team of aerial vehicles and the optimization of role distribution and trajectories in robot soccer.


* Correspondence address: Technische Universität Darmstadt, FB Informatik, 64289 Darmstadt, Deutschland,

Published Online: 2009-09-25
Published in Print: 2009-06

© by Oldenbourg Wissenschaftsverlag, München, Germany