Dissertação

{en_GB=A Nonlinear Model Predictive Control for payload transportation and formation flying by a free-flyer robot} {} EVALUATED

{pt=O uso de robôs free-flyer em aplicações espaciais tem vindo a aumentar nos últimos anos. Várias agências espaciais, como a NASA, DLR e JAXA, têm neste momento ou planeiam ter projetos relacionados com este tipo de robôs. O aumento do interesse neste tipo de robôs pode ser correlacionado com o desejo de expandir os limites da exploração espacial. Inerente a este interesse está a necessidade de desenvolver técnicas de controlo capazes de navegar e efetuar tarefas autonomamente mantendo em mente um gasto mínimo de energia. Esta tese apresenta um estudo de desempenho de um controlador baseado em controlo preditivo não linear aplicado ao free-flyer Space CoBot, desenvolvido no ISR-Lisboa, num contexto de operação em tempo real, sujeito a diferentes condições de missão que exploram os limites do seu funcionamento e as margens de operação estável e viável. Para guiamento foi integrado um método offline de geração de trajetórias factíveis, capaz de lidar não só com um ambiente fortemente condicionado por paredes e obstáculos mas também por restrições nos atuadores e dinâmica do sistema. Estas trajetórias são fornecidas ao controlador como referências. Todos os testes conduzidos neste trabalho são obtidos exclusivamente através de um ambiente de simulação baseado em ROS e Gazebo/RotorS., en=The use of free-flyer robots in space applications has been increasing in recent years. Several space agencies, such as NASA, DLR and JAXA, have at this moment, or intend to have, projects involving this type of robots. The increasing interest in these robots can be associated with the desire to expand the limits of present space exploration. Inherent to this interest is the necessity to develop control systems capable of autonomous navigation and task execution while considering a minimum energy expenditure. This thesis presents a performance study of nonlinear model predictive control applied to the free-flyer Space CoBot, developed by ISR-Lisboa, within a real-time operation context, subjected to different mission conditions which aim to explore the limits of its operational stability and reliability. For performing guidance tasks, an offline trajectory generation method was integrated, capable of handling not only highly confined spaces, composed by walls and obstacles but also additional constraints such as control actuation limitations and system dynamics. These trajectories are provided to the controller as references. All tests conducted in this work are obtained exclusively through a simulation environment based in ROS and Gazebo/RotorS.}
{pt=Robôs free-flyer, Controlo Preditivo Não Linear Rápido, Otimização de Trajetórias offline, Controlo, Guiamento, Simulação, en=Free flyer robots, Fast NMPC, Offline Trajectory Optimization, Control, Guidance, Simulation}

Outubro 26, 2020, 14:0

Orientação

ORIENTADOR

Rodrigo Martins de Matos Ventura

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Auxiliar