Nigel — Mechatronic Design and Robust Sim2Real Control of an Over-Actuated Autonomous Vehicle

要約

ダイナミクスと制御の観点からのシミュレーションから現実への移行 (sim2real) には、通常、設計されたアルゴリズムを現実世界の動作条件に合わせて再調整または適応させる必要があり、これは多くの場合、当初に確立されたパフォーマンス保証に違反します。
この研究は、マルチモデル多目的ロバスト最適制御合成を使用して、自律性指向制御システムの信頼性の高い sim2real 転送を達成するための一般化可能なフレームワークを提示します。これは、理論上の保証による不確実性の処理と外乱の除去に適しています。
特に、この研究は、独立全輪駆動および独立全輪操舵アーキテクチャを備えた、ナイジェルと呼ばれる新しい作動冗長スケール自動運転車両を中心としており、その強化された構成スペースは堅牢な制御アプリケーションにとって良い前兆です。
この目的を達成するために、提案されたフレームワークを使用したメカトロニクス設計、ダイナミクスモデリング、パラメータ同定、ロバストな安定化とナイジェルの追跡制御を、シミュレーションおよび現実世界の設定での徹底的な実験とベンチマークとともに提示します。

要約(オリジナル)

Simulation to reality (sim2real) transfer from a dynamics and controls perspective usually involves re-tuning or adapting the designed algorithms to suit real-world operating conditions, which often violates the performance guarantees established originally. This work presents a generalizable framework for achieving reliable sim2real transfer of autonomy-oriented control systems using multi-model multi-objective robust optimal control synthesis, which lends well to uncertainty handling and disturbance rejection with theoretical guarantees. Particularly, this work is centered around a novel actuation-redundant scaled autonomous vehicle called Nigel, with independent all-wheel drive and independent all-wheel steering architecture, whose enhanced configuration space bodes well for robust control applications. To this end, we present the mechatronic design, dynamics modeling, parameter identification, and robust stabilizing as well as tracking control of Nigel using the proposed framework, with exhaustive experimentation and benchmarking in simulation as well as real-world settings.

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