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Control MPPI Basado en Características con Aplicaciones a Sistemas Marítimos

Autores: Homburger, Hannes; Wirtensohn, Stefan; Diehl, Moritz; Reuter, Johannes

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2022

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Acceso abierto

Artículo científico
2022

Control MPPI Basado en Características con Aplicaciones a Sistemas Marítimos


Categoría

Tecnología de Equipos y Accesorios

Subcategoría

Diseño de equipos y herramientas

Palabras clave

Estrategia de muestreo basada en características novedosa
Control no lineal de Integral de Trayectoria Predictiva (MPPI)
Control óptimo de retroalimentación
Problema de control óptimo estocástico (OCP)
Densidad de propuesta
Espacio de estados
Mezcla basada en características

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 42

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
En este artículo, se presenta una nueva estrategia de muestreo basada en características para el control no lineal de Integral de Trayectoria Predictiva de Modelo (MPPI). Utilizando el enfoque MPPI, el control de retroalimentación óptimo se calcula resolviendo un problema de control óptimo estocástico (OCP) en línea al evaluar la inferencia ponderada de trayectorias estocásticas muestreadas. Aunque el algoritmo MPPI se puede paralelizar excelentemente, el rendimiento en bucle cerrado depende en gran medida de la calidad de la información de las trayectorias muestreadas. Para extraer muestras, se utiliza una densidad de propuesta. El rendimiento del solucionador y, por lo tanto, del controlador es de alta calidad si las trayectorias muestreadas extraídas de esta densidad de propuesta se encuentran en regiones de bajo costo del espacio de estados. En el control MPPI clásico, el espacio de estados explorado está fuertemente restringido por suposiciones que se refieren a la matriz de covarianza del valor de control, que son necesarias para transformar la ecuación estocástica de Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) en una ecuación diferencial parcial lineal de segundo orden. Para lograr un rendimiento excelente incluso con funciones de costo discontinuas, en este nuevo enfoque, se introducen características basadas en el conocimiento para constituir la densidad de propuesta y, por lo tanto, la región de bajo costo del espacio de estados para la exploración. Este artículo aborda la cuestión de cómo se puede mejorar el rendimiento del algoritmo MPPI utilizando una mezcla basada en características de densidades base. Además, el algoritmo desarrollado se aplica a un buque autónomo que sigue una trayectoria y evita colisiones de manera concurrente utilizando una función de frenado de emergencia. Por lo tanto, se aplica y analiza el algoritmo MPPI basado en características tanto en simulaciones como en experimentos a escala real.

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