Un Control de Horizonte Recedente Rápido y Casi Óptimo para la Generación de Trayectorias en Entornos Dinámicos
Autores: Hoang-Dinh, Khoi; Leibold, Marion; Wollherr, Dirk
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Un Control de Horizonte Recedente Rápido y Casi Óptimo para la Generación de Trayectorias en Entornos Dinámicos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Enfoque
Planificación de trayectorias óptimas
Entorno dinámico
Secuencia de control
Esfuerzo computacional
Obstáculos dinámicos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta un nuevo enfoque para la planificación de trayectorias óptimas de sistemas no lineales en un entorno dinámico. Dado el inicio y los objetivos finales con una función objetivo, el problema consiste en encontrar una trayectoria óptima desde el inicio hasta el final que minimice el objetivo, teniendo en cuenta los cambios en el entorno. Uno de los principales desafíos aquí es que la secuencia de control óptima debe ser calculada en un tiempo limitado y debe ser adaptada sobre la marcha. El método de control presentado en este trabajo tiene dos etapas: se utiliza un algoritmo de gradiente de primer orden al principio para calcular una estimación inicial de la secuencia de control que satisface las restricciones pero que aún no es óptima; luego, se utiliza el control de acción secuencial para optimizar solo la parte de la secuencia de control que se aplicará al sistema en la siguiente iteración. Esto ayuda a reducir el esfuerzo computacional mientras sigue siendo óptimo con respecto al objetivo; así, el enfoque propuesto es más aplicable para el cálculo en línea, así como para lidiar con entornos dinámicos. También mostramos que bajo condiciones suaves, el controlador propuesto es asintóticamente estable. Diferentes resultados simulados demuestran la capacidad del controlador en términos de resolver varios problemas de seguimiento para diferentes sistemas bajo la existencia de obstáculos dinámicos. El método propuesto también se compara con el enfoque de control óptimo indirecto relacionado y el control de acción secuencial en términos de costo y tiempo de computación para evaluar la mejora del método propuesto.
Descripción
Este documento presenta un nuevo enfoque para la planificación de trayectorias óptimas de sistemas no lineales en un entorno dinámico. Dado el inicio y los objetivos finales con una función objetivo, el problema consiste en encontrar una trayectoria óptima desde el inicio hasta el final que minimice el objetivo, teniendo en cuenta los cambios en el entorno. Uno de los principales desafíos aquí es que la secuencia de control óptima debe ser calculada en un tiempo limitado y debe ser adaptada sobre la marcha. El método de control presentado en este trabajo tiene dos etapas: se utiliza un algoritmo de gradiente de primer orden al principio para calcular una estimación inicial de la secuencia de control que satisface las restricciones pero que aún no es óptima; luego, se utiliza el control de acción secuencial para optimizar solo la parte de la secuencia de control que se aplicará al sistema en la siguiente iteración. Esto ayuda a reducir el esfuerzo computacional mientras sigue siendo óptimo con respecto al objetivo; así, el enfoque propuesto es más aplicable para el cálculo en línea, así como para lidiar con entornos dinámicos. También mostramos que bajo condiciones suaves, el controlador propuesto es asintóticamente estable. Diferentes resultados simulados demuestran la capacidad del controlador en términos de resolver varios problemas de seguimiento para diferentes sistemas bajo la existencia de obstáculos dinámicos. El método propuesto también se compara con el enfoque de control óptimo indirecto relacionado y el control de acción secuencial en términos de costo y tiempo de computación para evaluar la mejora del método propuesto.