Dissertação

{en_GB=Cooperative Motion Control Using Hybrid Acoustic-Optical Communication Networks} {} EVALUATED

{pt=Existe atualmente interesse em desenvolver grupos de veículos marinhos autónomos para exploração dos oceanos. Isto requer o uso de robots que cooperam entre si transmitindo informação através de uma rede de telecomunicação. As comunicações acústicas têm sido a escolha por excelência, contudo, para operações que envolvem veículos que operam a curtas distâncias entre si, existe atualmente um grande interesse no uso de comunicações óticas, capazes de taxas de transmissão maiores. Posto isto, o objetivo desta dissertação é viabilizar o uso de comunicações óticas e utilizar ambas tecnologias em missões cooperativas. Tendo em vista este objetivo, a primeira parte da dissertação propõe algoritmos para controlo de um veículo marinho autónomo. Nomeadamente, um controlador de malha interna que aceita referências de um controlador seguidor de caminho de malha externa, baseado na cinemática. Simulações que usam o modelo de veículos do tipo MEDUSA ilustram a implementação dos sistemas de controlo propostos, para diferentes técnicas de seguimento de caminho. A segunda parte da dissertação é dedicada aos assuntos de controlo cooperativo. Um controlador de coordenação é projetado e comunicações discretas entre veículos são consideradas, tendo em conta as comunicações acústicas e mecanismos de desencadeamento que refletem as suas limitações. Por fim, a terceira parte da dissertação propõe um algoritmo que permite viabilizar as comunicações óticas, que se resume a alcançar o alinhamento entre os feixes óticos de um par de veículos. O algoritmo proposto é ilustrado por resultados que mostram o alinhamento dos feixes óticos dos modems de comunicação durante uma missão cooperativa., en=There is currently widespread interest in the development of groups of autonomous underwater vehicles for ocean exploration. This calls for the deployment of robots that can act in cooperation by exchanging data over communication networks. For this purpose, acoustic networks have been so far the choice par excellence. However, for operations involving vehicles operating at close range, there is currently a flurry of activity on the use of optical-based communication systems, capable of higher transmission rates. As a result, the goal of this thesis is to make optical communications viable and to use both communication technologies during underwater cooperative missions. Motivated by this goal, the first part of this thesis proposes single vehicle motion control algorithms. Namely, an inner-loop heading controller that accepts references from an outer-loop path following controller designed at the kinematic level. Simulations with the MEDUSA-class vehicles illustrate the implementation of the proposed control systems, for different path following approaches. The second part of this thesis is dedicated to cooperative motion control issues. A coordination controller is designed and discrete communications among the vehicles are considered, taking into account the acoustic communications and triggering mechanisms that reflect their limitations. Lastly, the third part of the thesis proposes an algorithm to make optical communications viable, which ultimately boils down to achieving optical beam alignment between a pair of cooperative agents. The proposed algorithm is illustrated by results that show optical beam alignment being reached for a pair of vehicles in a cooperative formation.}
{pt=Controlo de Veículo, Seguidor de Caminho, Controlo Cooperativo, Comunicações Óticas, Veículos Marinhos Autónomos, en=Motion Control, Path Following, Cooperative Control, Optical Communications, Autonomous Underwater Vehicles}

Fevereiro 10, 2021, 10:0

Orientação

ORIENTADOR

António Manuel dos Santos Pascoal

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Aposentado