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at - Automatisierungstechnik

Methoden und Anwendungen der Steuerungs-, Regelungs- und Informationstechnik

[AT - Automation Technology: Methods and Applications of Control, Regulation, and Information Technology
]

Editor-in-Chief: Jumar, Ulrich


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ISSN
2196-677X
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Volume 57, Issue 6

Issues

Optimalsteuerung kooperierender Mehrfahrzeugsysteme
Optimal Control of Cooperative Multi-Vehicle Systems

Christian Reinl / Markus Glocker / Oskar von Stryk
Published Online: 2009-09-25 | DOI: https://doi.org/10.1524/auto.2009.0778

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.

Keywords: nichtlineare gemischt-ganzzahlige Optimalsteuerung; hybride dynamische Systeme; wechselnde Dynamik und Beschränkungen; kooperative Mehrfahrzeugsysteme

About the article

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


Published Online: 2009-09-25

Published in Print: 2009-06-01


Citation Information: at - Automatisierungstechnik Methoden und Anwendungen der Steuerungs-, Regelungs- und Informationstechnik, Volume 57, Issue 6, Pages 296–305, ISSN (Print) 0178-2312, DOI: https://doi.org/10.1524/auto.2009.0778.

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[1]
Herbert Mangesius, Marion Sobotka, and Olaf Stursberg
IFAC Proceedings Volumes, 2010, Volume 43, Number 12, Page 432
[3]
Olaf Stursberg, Tina Paschedag, Matthias Rungger, and Hao Ding
at - Automatisierungstechnik, 2010, Volume 58, Number 8

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