Kinodynamic Motion Planning via Funnel Control for Underactuated Unmanned Surface Vehicles

要約

ファンネル制御 (KDF) を備えた運動力学的運動計画を使用して、作動不足の無人水上車両 (USV) を制御するアルゴリズムを開発します。
KDF には 2 つの重要なコンポーネントがあります。1 つは運動力学的な制約に基づいて軌道を生成するために使用される動作計画、もう 1 つは不確実な力学や外乱が存在する中での軌道追跡を可能にするファンネル制御 (規定のパフォーマンス制御とも呼ばれます) です。
USV に存在する作動不足と制御入力の飽和によってもたらされる課題に対処するために、規定のパフォーマンス制御を拡張します。
提案されたスキームは、モデル パラメーターと外因性外乱が不明な場合に、ユーザー定義の所定の性能関数の下での安定性を保証します。
さらに、運動力学的制約を尊重しながら、滑らかで衝突のない軌道を取得するための最適化問題を提示します。
このアルゴリズムを USV に展開し、実際のオープンウォーター実験でその効率を検証します。

要約(オリジナル)

We develop an algorithm to control an underactuated unmanned surface vehicle (USV) using kinodynamic motion planning with funnel control (KDF). KDF has two key components: motion planning used to generate trajectories with respect to kinodynamic constraints, and funnel control, also referred to as prescribed performance control, which enables trajectory tracking in the presence of uncertain dynamics and disturbances. We extend prescribed performance control to address the challenges posed by underactuation and control-input saturation present on the USV. The proposed scheme guarantees stability under user-defined prescribed performance functions where model parameters and exogenous disturbances are unknown. Furthermore, we present an optimization problem to obtain smooth, collision-free trajectories while respecting kinodynamic constraints. We deploy the algorithm on a USV and verify its efficiency in real-world open-water experiments.

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