Thesis (M.S. in Systems Technology)--Naval Postgraduate School, June 2003. / Thesis advisor(s): Orin Marvel, Curt Schleher. Includes bibliographical references (p. 71-74). Also available online.

<p>Dynamiken för en starkt accelerande robot har modellerats. Modellen linjäriseras så att roboten beskrivs som ett linjärt tidsvariabelt system. Denna representation beskriver roboten väl då robotens anblåsningsvinkel, vilket är vinkeln mellan robotkroppen och robotens hastighet, är liten. Eftersom det ej är möjligt att mäta alla robotens tillstånd har en observatör tagits fram i form av ett Kalmanfilter. Problematik vid framtagandet av observatören diskuteras i rapporten. Den linjära tidsvariabla modellen har använts till att ta fram två regulatorer. En LQ-regulator och en H_∞-regulator. Hur dessa tas fram och vilka problem som finns diskuteras i rapporten. För att kunna se fördelar och nackdelar beträffande prestanda och robusthet har en mängd tester gjort. Testerna visar på olika fördelar hos de olika reglersystemen. Till exempel är det lättare att få bra prestanda med LQ-regulatorn än H_∞-regulatorn om systemet som styrs stämmer bra överens med systemet som använts vid reglerdesignen. H_∞-regulatorn har bättre förmåga att anpassa sig till modellförändringar givet att observatören gör bra skattningar. Det är dock svårt att utnämna en generell vinnare.</p>

Dynamiken för en starkt accelerande robot har modellerats. Modellen linjäriseras så att roboten beskrivs som ett linjärt tidsvariabelt system. Denna representation beskriver roboten väl då robotens anblåsningsvinkel, vilket är vinkeln mellan robotkroppen och robotens hastighet, är liten. Eftersom det ej är möjligt att mäta alla robotens tillstånd har en observatör tagits fram i form av ett Kalmanfilter. Problematik vid framtagandet av observatören diskuteras i rapporten. Den linjära tidsvariabla modellen har använts till att ta fram två regulatorer. En LQ-regulator och en H∞-regulator. Hur dessa tas fram och vilka problem som finns diskuteras i rapporten. För att kunna se fördelar och nackdelar beträffande prestanda och robusthet har en mängd tester gjort. Testerna visar på olika fördelar hos de olika reglersystemen. Till exempel är det lättare att få bra prestanda med LQ-regulatorn än H∞-regulatorn om systemet som styrs stämmer bra överens med systemet som använts vid reglerdesignen. H∞-regulatorn har bättre förmåga att anpassa sig till modellförändringar givet att observatören gör bra skattningar. Det är dock svårt att utnämna en generell vinnare.

This thesis focuses on the cooperative and communicative aspects of control over dynamic situations such as emergency management and military operations. Taking a stance in Cognitive Systems Engineering, Decision making and Communication studies, the role of information systems as tools for communication in dynamic situations is examined. Three research questions are examined; 1 ) How new forms of information technology affects joint control tasks in dynamic situations, and how/if microworld simulations can be used to investigate this. 2 ) What the characteristics of actual use of information systems for joint control are in dynamic situations? 3 ) What the pre-requisites are for efficient communication in joint control tasks and especially in dynamic, high-risk situations? Four papers are included. A study performed with a microworld simulation involving military officers as participants is presented, and the method of using microworlds for investigating the effects of new technology is discussed. Field observations from an emergency call centre are used to exemplify how information systems actually are used in a cooperative task. An interview study with military officers from a UN-mission describes the social aspects of human-human communication in a dynamic, high risk environment. Finally, an elaborated perspective on the role of information systems as tools for communication, and especially the relation between the social, organisational and technical layers of a joint control activity is presented.

碩士 / 南台科技大學 / 電機工程系 / 96 /

Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met een samenvatting in het Nederlands.

Le maintien de personnes âgées au domicile le plus longtemps possible est censé apporter une réponse à la croissance de l’espérance de vie en occident et a des coûts toujours croissants pour la société. ce travail de thèse a été réalisé dans le cadre du projet CompanionAble, qui vise a fournir une solution intégrée maison intelligente - robot aux personnes âgées, vivant seules. L'objectif est de maintenir un confort en fin de vie à un niveau élevé et à traiter les situations dangereuses pour elles, comme les chutes, avant que les conséquences ne deviennent trop importantes. Les éléments qui m’intéressent dans ce cadre sont le robot et l’opérateur, qui se trouve à l’extérieur de la maison, et qui peut téléopérer le robot en vue d’interagir avec la personne âgée, soit pour des activités ludiques (visioconférence, exercices de stimulation cognitive), soit pour des situations d’urgence (chute, perte de connaissance… de la personne âgée). Pour maintenir les coûts du système à un niveau raisonnable, on a envisagé l’utilisation de l’internet public pour la connexion entre le site maître (où se trouve l‘opérateur) et le site esclave (où se trouve le robot). Une autre spécificité du notre système est le fait que les utilisateurs ne sont pas des spécialistes de la téléopération. J’ai donc cherché à faciliter la tâche de pilotage du robot, dans ce contexte spécifique. Du côté de l’interface, on a cherché à aider l’opérateur traitant les problèmes liés aux délais de transmission (possibles à cause de l’utilisation de l’internet) et lui donner la possibilité d’utiliser une interface écologique, qui utilise des éléments de réalité augmentée. Du côté du robot, on a rajouté un nouveau mode de commande, semi-autonome, pour que l’opérateur soit plus à l’aise pendant qu’il le déplace. Pour finir, on a examiné la possibilité de passer d’un mode de commande à un autre, pour que l’opérateur soit le moins affecté que possible par des perturbations et que les performances du système restent acceptables. Les solutions proposées ont été implantée sur un système réel et évaluées au laboratoire et en situations réelles dans le cadre du projet européen CompanionAble. / Enabling older people to live in their homes as long as possible is supposed to respond to the growth of life expectancy in the west and the increasing costs to society. The present thesis was conducted in the framework of the companionable, which aims to provide an integrated smart home - robot for the elderly, which are living alone. The objective is to maintain the end of life comfort at a high level and to deal with dangerous situations for them, such as falls, before the consequences become too costly. The elements that interest me in this context are the robot and the remote operator, which is outside the home, and can teleoperate the robot to interact with the elderly, for recreational activities ( videoconferencing, cognitive stimulation exercises) or for emergency situations (falls, loss of consciousness, etc.). To keep the system costs to a reasonable level, we considered using the public internet as the connection between the master site (where the operator is) and the slave site (where the robot is). another unique feature of our system is that users are not specialists in teleoperation. As such, i tried to ease the task of controlling the robot, in this specific context. On the remote control interface side, we tried to help the operator in dealing with the problems associated with transmission delays (due to the possible use of the internet) and we gave him/her the option of using an ecological interface, which uses elements of augmented reality. On the robot side, we added a new command mode, semi-autonomous, so that the operator is more at ease as he/she controls the robot. finally, we examined the possibility of switching from one control mode to another, so that the operator is the least affected by possible disturbances and system performance is kept acceptable. The proposed solutions have been implemented on a real system and evaluated in the laboratory and in real situations, in the framework of the european CompanionAble project.

Thesis (MScEng (Mechanical and Mechatronic Engineering))--University of Stellenbosch, 2010. / ENGLISH ABSTRACT: This work considers the control of reconfigurable assembly systems using a welding assembly system as a case study. The assembly system consists of a pallet magazine, a feeding system, an inspection and removal system, a welding system and a conveyor. The aim of the work is to compare PC and PLC as controllers, as well as to compare two different approaches to reconfigurable control. The control system of the pallet magazine was developed using a PC and a PLC. The PC control was programmed using Visual C#, while the PLC was programmed in Ladder Logic using Siemens S-300 STEP7. The two controllers were compared based on the attributes that measure the quality of a controller's software, which include its capability, availability, usability and adaptability. The approaches to reconfigurable control considered were the agent-based methodology and the IEC 61499 distributed control methodology, both of which were applied to the feeding system. The agent-based control system was implemented using the JADE agent platform, while the IEC 61499 distributed control system was implemented using the FBDK software kit. These two methods were compared based on the characteristics of a reconfigurable system, which include the system's modularity, integrability, convertibility, diagnosability, customization and scalability. The result obtained in comparing the PC to the PLC shows that the PLC performs better in terms of capability, availability and usability, while the PC performs better in terms of adaptability. Also, the result of the comparison between the agent-based control system and the IEC 61499 distributed control system shows that the agent-based control system performs better in terms of integrability, diagnosability and scalability, while the IEC 61499 distributed control system performs better in terms of modularity and customization. They are, however, on a par in terms of convertibility. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Hierdie werk beskou die beheer van herkonfigureerbare monteringstelsels met 'n sweismonteringstelsel as gevallestudie. Die monteringstelsel bestaan uit 'n paletmagasyn, 'n voerstelsel, 'n inspeksie-en- verwyderingstelsel, 'n sweisstelsel en 'n voerband. Die mikpunt van die werk is om persoonlike rekenaars (PCs) en programmeerbare-logikabeheerders (PLCs) as beheerders te vergelyk, asook om twee verskillende benaderings tot herkonfigureerbare beheer te vergelyk. Die beheerstelsel van die paletmagasyn is ontwikkel met 'n PC en 'n PLC. Die PC-beheer is in Visual C# geprogrammeer, terwyl die PLC in leerlogika met Siemens S-300 STEP7 geprogrammeer is. Die twee beheerders is vergelyk in terme van die eienskappe wat die kwaliteit van 'n beheerder se sagteware meet en sluit in vermoë, beskikbaarheid, bruikbaarheid en aanpasbaarheid. Die benaderings tot herkonfigureerbare beheer wat oorweeg is, is die agent-gebaseerde metodologie en die IEC 61499 verspreide-beheermetodologie. Beide is op die voerstelsel toegepas. Die agent-gebaseerde beheerstelsel is geïmplementeer met behulp van die JADE agent-platform, terwyl die IEC 61499 verspreide stelsel geïmplementeer is met behulp van die FBDK sagteware-stel. Hierdie twee metodes se vergelyking is gebaseer op die eienskappe van 'n herkonfigureerbare stelsel, waarby die stelsel se modulariteit, integreerbaarheid, diagnoseerbaarheid, pasmaakbaarheid en skaleerbaarheid ingesluit is. Die resultate wat in die vergelyking tussen die PC en PLC verkry is, toon dat die PLC beter vaar in terme van vermoë, beskikbaarheid en bruikbaarheid, terwyl die PC beter vaar in terme van aanpasbaarheid. Die resultaat van die vergelyking tussen die agent-gebaseerde beheerstelsel en die IEC 61499 verspreide beheerstelsel wys dat die agent-gebaseerde beheerstelsel beter vaar in terme van integreerbaarheid, diagnoseerbaarheid en skaleerbaarheid, terwyl die IEC 61499 verspreide beheerstelsel beter vaar in terme van modulariteit en pasmaakbaarheid. Hulle is egter vergelykbaar in terme van omskepbaarheid.

This thesis addresses the problems of design and control of small cooperative unmanned autonomous quadrotor aerial vehicles. A new approach is proposed, for the modeling of the system’s dynamics using linearized Piecewise AffineModels. The Piecewise Affine dynamic–models cover a large part of the quadrotor’s flight envelope while also taking into account the additive effects of environmental disturbances. The effects of aerodynamic forces and moments were also examined. A small quadrotor is designed and developed that emphasizes in the areas of increased on–board computational capabilities, state estimation and modular connectivity. Based on the translational and rotational system’s dynamics: a) a switching model predictive controller, b) an explicitly solved constrained finite time optimal control strategy, and c) a cascade control scheme comprised of classical Proportional Integral Derivative control scheme augmented with angular acceleration feedback, were designed and experimentally tested in order to achieve trajectory tracking under the presence of wind–gusts. The efficiency of the proposed control methods was verified through extended experimental studies. The final quadrotor design utilizes a powerful control unit, a sensor system that provides state estimation based on inertial sensors, ultrasound sonars, GPS and vision chips, and an efficient actuating system. The research effort extended in the field of unmanned aerial vehicles cooperation. Cooperation strategies were proposed in order to address the problems of: a) Forest Fire Monitoring and b) Unknown Area Exploration and Target Acquisition. The Forest FireMonitoring algorithm is formulated based on consensus systems theory formulated as a spatiotemporal rendezvous problem in between the quadrotors. The Area Exploration and Target Acquisition algorithm is formulated based on market–based approaches. / Η συγκεκριμένη διατριβή καταπιάνεται με τα προβλήματα της σχεδίασης και ελέγχου μικρού μεγέθους συνεργαζόμενων μη επανδρωμένων αεροσκαφών με έμφαση στα συστήματα Κάθετης Απογείωσης και Προσγείωσης και ιδιαίτερα στη συστήματα τύπου Quadrotor. Μια νέα προσέγγιση για την μοντελοποίηση της δυναμικής του συστήματος η οποία βασίζεται στη θεωρία των Piecewise Affine συστημάτων προτείνεται. Η μοντελοποίηση με βάση τη θεωρία των Piecewise Affine συστημάτων καλύπτει ένα μεγάλο μέρος του φακέλου πτήσης του αεροσκάφους καθότι συνυπολογίζει μέρος της μη-γραμμικότητας του συστήματος ενώ παράλληλα δίνει τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν τα ιδιαίτερα ανεπτυγμένα εργαλεία του γραμμικού ελέγχου. Αναπτύσσεται νέα πειραματική πλατφόρμα αεροσκάφους τύπου quadrotor η οποία χαρακτηρίζεται από ιδιαίτερες ικανότητες υπολογιστικής ισχύος, αυτόνομη εκτίμηση κατάστασης, πολλαπλή συνδεσιμότητα και αποδοτικό σύστημα πρόωσης. Η τελική πλατφόρμα quadrotor ελικοπτέρου UPATcopter ενσωματώνει μικρουπολογιστικό σύστημα υψηλών δυνατοτήτων, ειδικά συστήματα εκτίμησης κατάστασης τόσο σε εσωτερικούς όσο και σε εξωτερικούς χώρους μέρος των οποίων αναπτύχθηκε στα πλαίσια της διατριβής και αποδοτικό υποσύστημα πρόωσης. Τρεις διαφορετικοί νόμοι ελέγχου αναπτύχθηκαν και δοκιμάστηκαν πειραματικά. Αρχικά δοκιμάσθηκε ένας Constrained Finite Time Optimal Controller, ο οποίος υπολογίζεται πολύ-παραμετρικά και συνυπολογίζει την επίδραση των περιορισμών εισόδου και κατάστασης. Ο συγκεκριμένος ελεγκτής υπολογίσθηκε με βάση μια οικογένεια Piecewise Affine αναπαραστάσεων του υποσυστήματος προσανατολισμού και δοκιμάσθηκε επιτυγχάνοντας αποδοτικό έλεγχο του προσανατολισμού του σκάφους. Ακολούθως δοκιμάσθηκε ένας Switching Model Predictive Control βασισμένος στην Piecewise Affine μοντελοποίηση του συστήματος ο οποίος επίσης συνυπολογίζει την επίδραση των περιορισμών του συστήματος και του ρόλου των διαταραχών. Με τη χρήση αυτού του ελεγκτή επιτεύχθηκε έλεγχος προσανατολισμού και θέσης του αεροσκάφους τόσο σε άπνοια όσο και υπό την επίδραση ισχυρών διαταραχών ανέμου. Επιπρόσθετα, δοκιμάσθηκε ελεγκτής βασισμένος στη θεωρία PID ελέγχου επαυξημένος με ανάδραση γωνιακής επιτάχυνσης του συστήματος. Τέλος, η έρευνα επεκτάθηκε και στις στρατηγικές συνεργασίας μη επανδρωμένων αεροσκαφών προτείνοντας δύο αλγόριθμους. Συγκεκριμένα προτάθηκε αλγόριθμος για την αντιμετώπιση των προβλημάτων επιθεώρησης δασικής πυρκαγιάς και αλγόριθμος εξερεύνησης μιας άγνωστης περιοχής από ομάδα ετερογενών αεροσκαφών.

No description available.